[摘要]文章通過分析軌道交通工程實驗教學的現(xiàn)狀，提出實驗教學內(nèi)容要與工程實際相結(jié)合，以結(jié)構仿真拓展專業(yè)課的實驗教學的課程內(nèi)容，豐富專業(yè)知識體系。既符合實際工程結(jié)構設計的流程，又體現(xiàn)了實驗教學的特點，有利于學生全面鞏固和掌握所學知識，提高學生的創(chuàng)新能力與就業(yè)能力。

[關鍵詞]結(jié)構仿真；軌道交通工程；實驗教學

[基金項目]上海市教育委員會重點學科建設項目資助，項目編號：J 51401

[作者簡介]顏喜林，上海工程科技大學城市軌道交通學院講師，研究方向：軌道結(jié)構、鋼結(jié)構，上海,201620

[中圖分類號]G424.1

[文獻標識碼]A

[文章編號]1007-7723(2009)09-0112-0002

一、引

言

目前軌道交通工程的大型結(jié)構試驗往往受到場地和設備的限制，比如軌道交通工程中振動與噪聲課題，做模型試驗有“失真”效應；若要研究某一環(huán)境參數(shù)對軌道結(jié)構的影響，需要制作多個類似構件，而反復進行試驗則往往需要耗費大量的人力、財力和時間成本。

隨著高性能計算機的逐步普及和數(shù)值仿真軟件的不斷完善，大量優(yōu)秀的數(shù)值仿真軟件如AN—SYS、ABAQUS、ALGOR和土木工程專用分析設計軟件SAP2000、ETABS、PKPM等廣泛普及，計算機仿真試驗研究、工程設計、施工模擬等在交通工程各領域運用越來越廣泛。利用仿真試驗可以完全模擬足尺結(jié)構進行試驗，研究參數(shù)影響只需調(diào)整幾個參數(shù)的輸入，還可以考慮各種因素綜合影響。對于研究各種災害因素對軌道結(jié)構產(chǎn)生的破壞，長期荷載作用及其車輛高速運行作用下結(jié)構的破壞過程這些真實試驗難以模擬的情況，仿真結(jié)構試驗更有其獨特的優(yōu)勢。

二、結(jié)構仿真實驗教學的改革

隨著結(jié)構仿真軟件飛速發(fā)展，多數(shù)設計院以及施工單位的工程結(jié)構設計的流程是概念設計、工程結(jié)構設計、工程軟件仿真分析、工程試驗檢測；而在軌道交通工程實驗教學中，單獨為軌道工程、鋼結(jié)構結(jié)構設計、混凝土結(jié)構設計課開設實驗的現(xiàn)狀，既不符合目前工程結(jié)構設計的流程，更不利于學生綜合能力的培養(yǎng)。

由此我們對實驗課程教材、內(nèi)容進行了一系列的改革，將混凝土結(jié)構、鋼結(jié)構結(jié)構、軌道工程的課程設計與試驗各合為一門課程，將軟件結(jié)構仿真分析作為各課程的內(nèi)容；由結(jié)構仿真驗證原有的課程設計計算，通過實體實驗證明原有的設計方案，既加強對學科知識體系的了解，又符合目前工程設計的實際流程，有利于學生的創(chuàng)新能力與就業(yè)能力的培養(yǎng)。

(一)新編創(chuàng)新實驗課程教材

新編寫的三本創(chuàng)新實驗課程教材，包括混凝土結(jié)構課程設計與試驗檢測、鋼結(jié)構課程設計與試驗檢測、軌道工程課程設計與試驗檢測。每門課程是按照目前實際工程結(jié)構設計的流程，采用實際案例設計的流程，綜合運用本課程知識，通過各種軟件的結(jié)構仿真分析，對結(jié)構的工作性能、承載力作出正確評價與估計，再通過實驗設備測試與結(jié)構有關的各種參數(shù)，從而理解和驗證結(jié)構的計算理論。教材的特點涉及知識面廣，綜合性、實踐性強。

(二)創(chuàng)新實驗課程的內(nèi)容設計

根據(jù)軌道交通工程的實際，創(chuàng)新實驗課程，通過采用結(jié)構仿真分析軟件，構建設計、分析、演示、驗證的多層次的綜合實驗教學模式，促進實驗教學由單一的驗證性實驗向綜合的創(chuàng)造性的實驗轉(zhuǎn)變。

1、混凝土結(jié)構設計與試驗檢測

課程的基本要求是學生能運用所學的理論與設計方法，進行鋼筋混凝土車站的設計，對車站進行受力設計計算，并按比例尺圖繪制。其次，通過SAP2000、PKPM結(jié)構仿真分析計算，從而對原有的計算進行驗證，同時根據(jù)仿真分析計算的變形結(jié)果，設計該結(jié)構的模型實驗檢測方案，完成模型的工程檢測，并能根據(jù)檢測結(jié)果對結(jié)構原有設計作出正確分析與判斷。

2、鋼結(jié)構結(jié)構設計與試驗檢測

課程的基本要求是學生能運用所學的理論與設計方法，進行空間鋼桁架的設計，對該桁架進行受力計算，該桁架結(jié)構綜合設計性強，可拼裝成多種不同形式的空間桿系結(jié)構。其次，通過SAF2000、PKPM結(jié)構仿真分析，對該結(jié)構進行桿件受力計算，從而對原有的計算進行驗證。同時根據(jù)仿真分析計算的結(jié)果，設計該桁架的模型實驗方案，完成模型的工程檢測，通過對試驗數(shù)據(jù)的分析與評定，優(yōu)化原來的桁架結(jié)構，從而培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力。

3、軌道工程設計與試驗檢測

課程的基本要求是學生能運用所學的理論與設計方法，進行整體道床的軌道結(jié)構包括道岔等附屬結(jié)構的設計計算。其次，通過ABAQUS、AN-SYS結(jié)構仿真分析計算，判斷軌道結(jié)構的疲勞與振動特性，發(fā)現(xiàn)軌道的薄弱部位和破壞特征，設計軌道鋼軌無損探傷檢測的方法和程序，通過對試驗數(shù)據(jù)的分析與評定，對鋼軌傷損作出正確分析與判斷，提出鋼軌的修復和加固的措施，為學生今后的實際工作打下基礎。

三、結(jié)構仿真實驗教學中的優(yōu)勢

交通工程結(jié)構實驗室開設結(jié)構仿真實驗室，把結(jié)構仿真軟件的使用引入專業(yè)課實驗教學中，改革傳統(tǒng)的教學手段，既加深對專業(yè)理論知識的理解，提高學生學習專業(yè)課的興趣和主動獲取知識的積極性，又可作為大學生創(chuàng)新的平臺，也可以作為教師的科研創(chuàng)新平臺。

(一)激發(fā)學生學習興趣，加深對理論概念的理解

一般的結(jié)構試驗加載過程漫長，試驗所獲得的結(jié)果往往是數(shù)據(jù)形式，因此試驗過程比較枯燥。而結(jié)構仿真可以實時反映試驗的圖形結(jié)果，通過發(fā)揮計算機的友好界面，可以提高學生學習專業(yè)課的興趣和主動獲取知識的積極性。而結(jié)構仿真則可以發(fā)揮學生的創(chuàng)造性和參與性，通過計算機模擬試驗整個過程，實現(xiàn)互動啟發(fā)式教學。

(二)開設創(chuàng)新實驗，開闊學生的視野

通過結(jié)構仿真，學生可以開展創(chuàng)新試驗項目。比如對于試驗設備不完備、使用設備精密、試驗損耗大的試驗，在結(jié)構仿真中，由于可以反復試驗，參數(shù)可以自行調(diào)整，學生可以根據(jù)同一試驗構件設計不同的試驗方案以及同一試驗方案不同構件材料特性，了解各參數(shù)對試驗結(jié)果的影響，加深對結(jié)構新的認識。

(三)熟悉軟件使用，提高就業(yè)能力

隨著計算機技術以及仿真軟件飛速發(fā)展，在工程設計單位，PKPM、ETABS、SAP2000等優(yōu)秀設計軟件被廣泛使用，多數(shù)大型設計院以及大型施工單位，對復雜結(jié)構的設計及施工均要求利用數(shù)值模擬仿真軟件分析受力性能，所以作為軌道交通工程師的一種必備技能，結(jié)構仿真分析軟件已成為當代大學生必須掌握的一種工具。

(四)開展科研項目，提高教師科研能力與教學水平

結(jié)構仿真實驗室作為新的實驗教學平臺為教師提供良好的教學科研條件，教師通過開展科研項目，不斷提高科研能力與學術水平，才能將新成果和新技術及時、準確、生動地融合在自己的實驗教學中。只有不斷提高教學水平和教學質(zhì)量，才能應對高等教育培養(yǎng)創(chuàng)新人才的要求。

四、結(jié)語

交通工程結(jié)構實驗室是培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新實踐能力的重要基地，而實驗教學內(nèi)容要與工程實際相結(jié)合，通過結(jié)構仿真可拓展專業(yè)課的實驗教學空間，既豐富課程體系與知識體系，又符合實際工程結(jié)構設計的流程。

在專業(yè)課實驗教學中引入結(jié)構仿真軟件的使用，體現(xiàn)了實驗教學的特點，遵循了實驗教學規(guī)律，有利于學生全面鞏固和掌握所學知識，調(diào)動了主動研究的探索精神，有利于學生的創(chuàng)新能力與就業(yè)能力的提高。

[參考文獻]

[1]王常明，王清，范建華，計算機仿真在土力學實驗教學中的應用[J]，高等建筑教育，2005,(4)

[2]唐星煥，虛擬現(xiàn)實技術在建筑專業(yè)教學中的應用[J]，湘潭師范學院學報。2003，(4)

[3]林安珍，鄭榮躍，仿真模擬技術在建筑材料實驗教學中的應用[J]，寧波大學學報(理工版),2005，(2)

[4]傅秀芬，創(chuàng)建世界一流大學實驗室建設與管理的相應對策[J]，實驗技術與管理,2005，22(8)

[5]金鳳蓮，蘭振平，牛悅苓，仿真虛擬實驗教學的探索與實踐[J]，中國現(xiàn)代教育裝備，2007，47(1)

[6]張冰，計算機仿真實驗的教學應用及發(fā)展前景[J]理工高教研究，2005。24(3)

[7]喬文孝，仿真技術在實驗教學中的應用[J]，實驗技術與管理,1998，15(4)

[8]樊小利，張學博，仿真實驗教學——提高學生的綜合素質(zhì)和能力[J]，實驗室研究與探索，2009,28(4)