2022年民航特色材料物理专业工程应用课程的教学-物理论文 .pdf

民航特色材料物理专业工程应用课程地教案-物理论文民航特色材料物理专业工程应用课程地教案丁坤英（中国民航大学理学院，天津300300 ）摘要：为了突出民航特色材料物理专业工程应用课程地“民航特色”和“科学前沿性”，精选高温合金精密铸造、铝合金焊接成型、钛合金塑性成型和复合材料热压成型等教案内容并采用“案例教案法”提高教案质量. 关键词：民航；材料物理；工程应用课程；教案内容；案例教案法中图分类号： G642.3 文献标志码： A 文章编号： 1674-9324 （2016 ）13-0163-02 一、民航特色材料物理专业开设工程应用课程地意义材料物理专业是培养具有较深厚物理学和材料学基本理论，同时具备材料物理知识应用能力地复合型人才地专业 .民航特色院校材料物理专业培养地学生以服务于民航行业为主，所以在人才培养方面更要体现其“理、工”兼备地特色.材料物理专业课程体系中对于物理学基础课程地设置相对成熟，主要是固体物理、量子力学、热力学课程；与之衔接地材料学基础课程有材料科学基础、材料成型理论、材料力学等；在两大课程体系之下怎样设置侧重于工程应用地课程是突出“理、工”兼备培养目标地关键 . 民航特色院校材料物理专业设置地工程应用课程要满足两点要求：一是要具备“民航特色”. 开设工程应用课程地目地是学以致用，引导学生将理论知识和实际应用相结合 .民航特色材料物理专业地学生大多数是从事民用航空器材料设计、成型、维修相关工作，所以在设置应用课程时要贴近民用航空材料地工程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页应用，体现“民航特色”. 二是要具备“科学前沿性”. 一代材料，一代飞机.航空材料经历了多个阶段地发展，钢、铝合金、高温合金、钛合金、先进复合材料等不断更替，航空材料加工技术也不断推陈出新1 ，所以在教案过程中应紧紧抓住先进材料以及先进材料成型技术地科学前沿，让学生地知识结构跟上时代地步伐. “具备民航特色”和“科学前沿性”是材料物理专业材料应用课程设置地关键，要实现以上两点要求，需要做好两方面地工作，一是设置适宜地教案内容，而是采用合理地教案方法. 二、材料工程应用课程内容地设置材料工程应用课程涉及到地内容很多，对于民航特色材料物理专业地学生培养来讲，安排事宜地教案内容非常重要.结合近年来航空材料方面地研究和应用成果，教案内容地安排应该侧重如下几个方面：1.高温合金地精密铸造.高温合金在航空发动机中地应用比较广泛，例如涡轮机匣、级间机匣、调节叶片，尤其是涡轮空心叶片 .在民航发动机，如CFM56 、PW4000 、RB211 等机型中高温合金地精密铸造都是关键技术2. 精密铸件地微观结构、内部缺陷与残余应力等会在浇注成型过程中形成，因此合金地浇注与凝固工艺对铸件力学性能、尺寸精度和内部质量地影响规律是此部分内容讲解地主要内容. 2. 铝合金地焊接成型 .目前民用飞机地机身结构依然是以铝合金材料为主，因此铝合金结构地连接是影响机身结构强度地关键.铝合金熔点低、易氧化，采用熔化焊接地方法连接会产生焊接缺陷.英国焊接研究所开发一种新型地焊接技术，称为摩擦焊 3.它利用表面摩擦使焊缝材料温度升高而热塑化，同时使接缝处地变形金属通过相互扩散与再结晶而牢固地结合在一起，从而实现固态连接地过程 .摩擦焊过程中地发热量和焊接材料地塑性流动形态是影响焊缝成型质量精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页地主要因素，这种影响机制是此部分讲解地主要内容. 3. 钛合金地塑性成型.钛合金在室温条件下塑性低、变形能力差，但是在850- 950 条件下呈现良好地超塑性.航空发动机地空心宽弦叶片由钛合金制成，它应用技术主要是超塑性成型技术.与传统带凸肩窄弦实心风扇叶片相比，新技术强化了叶片地抗外物撞击能力，大大减轻了叶片地质量，减小了高速旋转时产生地离心力，提高了流量和效率4. 超塑性成型过程中变形工艺地选择和优化，组织演变与变形机制、空洞演变及断裂机制等内容是此部分讲解地主要内容.4.复合材料地热压成型 .树脂基地碳纤维复合材料具有比金属材料更高地比强度和比刚度，它在民用航空飞机中地应用越来越广泛.先进复合材料在A380飞机中应用地比例达到30% ，而在 B787 中地应用地比例达到50% ，可以说先进复合材料地应用体现了航空器地先进性5. 先进复合材料地成型采用地方法是热压罐地热压成型 .成型过程中先将复合材料预浸料按照不同方向铺设，再将其放置在热压罐中热压成型.在此过程中热压罐地压力和温度地控制将影响复合材料层合板地孔隙率、粘接强度、力学性能等，这种影响机制是此部分讲解地主要内容 . 三、材料工程应用课程中“案例教案方法”地应用材料物理专业工程应用课程知识点较为分散，讲授课时较短，在有限地课上时间内让学生较为深刻地掌握所学知识点，需要借助于案例教案法.案例教案法非常适合于开发分析、综合评估能力等高级智力技能地讲授.它以案例为教案基础，教师于教案中扮演着设计者和激励者地角色，鼓励学生积极参与讨论.此种教案方法地实施过程如图1所示.应用此方法教案，可以激发学生在学习过程中地主动性，增加学生对知识点地认知能力，同时可以培养学生地协作能力，增进师生之间地交流6，7.下精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页面以一个实例说明此种教案方法在教案过程中地应用. 首先教师精选一个案例“熔模铸造技术在涡轮空心叶片制造中地应用”，详细介绍这个案例引起学生地兴趣；然后将这个案例地知识点分成若干模块：“熔模铸造技术”、“空心叶片地应用”、“熔模铸造中陶瓷芯地制备”等，组织学生分成相应地组别对模块进行课下自学；课上拿出一定时间让各组地学生代表对自学内容进行交流，教师对学生发言进行评价和总结；然后教师利用相应地模拟软件对空心叶片地熔模铸造过程进行全程演示，加深学生对知识点地认识；最后教师根据此案例内容给出一定量地试卷，评价学生对知识点地掌握程度 . 四、总结要实现民航特色院校材料物理专业“理、工”兼备地特色，需要在物理和材料理论基础课程地基础上开设工程应用型课程，并且此课程需要具备“民航特色”和“科学前沿性”. 为了实现上述目标需要教师精选教案内容并引入科学地教案方法 .高温合金、铝合金、钛合金、复合材料地先进成型方法应该是此类课程地主要教案内容，在教案过程中引入“案例教案法”能够增加学生地学习主动性，提升学习地效率 . 参考文献： 1 王莉莉，陈云翔，王政. 再制造工程在某型军用航空发动机上地应用J.航空制造技术， 2009 ，（6 ）：69-71. 2 樊振中，徐秀利，王玉灵，等.熔模精密铸造技术在航空工业地应用及发展J. 特种铸造及有色合金， 2014 ，34（3）：285-289. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页 3 张磊先，杜静，李文学.先进焊接技术在国内航空制造领域内地应用和发展简况 J.新技术新工艺， 2012 ，（9 ）：61-64. 4 吴心晨，陈明和，谢兰生，等.复杂外形航空发动机TC4 钛合金宽弦空心风扇叶片弯扭成形 J.航空学报， 2015 ，36 （6）：2055-2063. 5 毕凤阳，杨波，金天国.树脂基复合材料热压罐成型工艺固化变形模拟J.兵器材料与科学， 2014 ，（4 ）：20-25. 6 王青梅，赵革 . 国内外案例教案法研究综述J.宁波大学学报教育科学版，2009 ，（3 ）：7-11. 7 王晓溪，宋美娟，杨峰，等.案例教案法在材料成形工艺课程中地应用J.中国现代教育装备， 2015 ，（9 ）：110-112. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页