1.1引导学生掌握传统提高细长轴刚度的方法
由于学生处于学习实训阶段，对实际加工过程的分析能力还偏弱，难以分析得全、精、准，实训指导教师对一些加工方法和方式还要作出引导。2.1.1用中心架来提高细长轴的刚度用中心架来提高细长轴的刚度在传统加工工艺过程中用的比较多，主要是通过中心架支承可以调头或分段车削细长轴，达到改善刚度不足的目的，是要求学生必须掌握的一种加工工艺。对学生加以引导的是中心架的使用问题，在采用中心架时，要求中心架支承的外圆要光滑，对于较粗糙的毛坯外圆可以在外圆和中心架之间增加支承套，以抵消外圆不圆现象。2.1.2用跟刀架提高细长轴的刚度采用跟刀架提高细长轴的刚度是加工细长轴中用的另外一种常用方法，常用于不便掉头加工车削的细长轴。2.2引导学生自行解决提高细长轴刚度的方法如果在生产遇到单件小批量生产和精度要求不高的细长轴，可采用自制简易跟刀架，或让学生提出其他解决刚度问题的方法，或其他类似工具，高职教学实训中可采用这种加工方式，主要是通过这种自制工具的过程，提高学生学习的自主性和求知欲，以便达到更好的教学效果。
1.2加强课外实践，培养学生实践能力和创新能力
课内实验教学可以强化学生对所学理论知识体系的理解和消化，但培养学生的实践能力和创新能力单纯依靠课内实验教学是远远不够的。为进一步培养学生的编程思维，调动学生对于C语言程序设计的兴趣爱好，教师还要在课外实践活动方面加强对学生的引导。建议高校教师可以帮助学生开展如下课外实践活动：程序开发俱乐部、C语言程序设计大赛、社会实践项目的初步设计和构建等。总之，教师应当不拘一格、多多益善地为学生开辟课外实践活动的方式和途径，切实帮助学生在实践能力和创新能力的培养方面走得更远。
2提高实验教学水平，建立与课程匹配的实验环境
目前高校实验教学环节的薄弱是困扰计算机C语言程序设计发展的瓶颈。本人认为，只有切实提高实验室教学水平、提高实验室软件和硬件设施水平、提高理论和实践结合程度才能真正突破C语言发展的束缚，为C语言程序设计发展开辟更广阔、更高远的新天地。
2.1改革以往单一的考核方式，采用笔试和上机双重考核方式
学生填写上机实验报告，教师简单模式化的批改，并以此作为上机实验的考核方式导致学生和教师双方面忽视C语言程序设计实验课程的重要性。这是困扰C语言程序设计实践环节发展的重要原因。针对这个问题，本人建议：计算机一线教师应当着力改革以往单一的上机考试方式，将笔试内容和上机内容同时作为考核标准。
2.2提高师资队伍整体素质，特别是实验室教师素质亟待提高
计算机专业实验室教师的素质整体偏低是目前制约C语言实验水平发展的关键问题。目前，高校教师人才选拔时还是沿袭传统的“向理论人才一边倒”的选拔模式。这对于提高实验室教师素质非常不利。实验室教师除了应当拥有专业理论的高学历，还应当拥有专业实践能力的资质证书。当然，这些都是形式上的要求。实质上提高实验室教师水平还要依靠其广泛的社会实践经验。本人建议，高校可以考虑选择那些曾经有过丰富的编程经验和项目研发经验的人才作为实验室教师人选，这对于提高学生实践有着重要作用。
3结语
一、本课题研究现状、研究目及意义
1 研究现状：
目前，国内对水果分级装备的研究起步较晚，商品化的水果品质检测分级设备比较少；但是，随着机器视觉技术的发展，有越来越多的学者开始对苹果、柑橘、黄桃等水果的品质特征进行研究，并研制了部分水果检测分级装备。由于国内相关技术的不成熟，现有的检测分级装置检测研究对象多为苹果、芒果、猕猴桃、柑橘等小型水果，而目前针对哈密瓜的分级研究基本上处在理论层面，还没有应用到实际生产中，仍需要进行继续深入的研究。目前，哈密瓜的市场需求量在逐年增加，因此迫切需要一种针对哈密瓜大小分级的设备及技术解决当前的问题。
2 研究目的与意义：
哈密瓜是新疆地区的名优特产，素有“瓜中之王”的美称，含糖量高，奇香袭人，不仅香甜可口，而且营养成分十分丰富，被誉为“水果皇后”.然而，目前哈密瓜采摘后的检测方式主要采用人工分拣方法，效率低下，随意性大，往往带有人的主观因素，造成分选不规范，分选精度低；同时分拣时间长，水果腐烂变质及客户等待时间较长等问题突出，造成资源和时间的双重浪费，致使经济效益下降，最终影响了哈密瓜在市场上的竞争力。因此，对哈密瓜进行自动化分级显得尤为重要。
本研究针对目前新疆哈密瓜主要依靠人工在田间地头进行分级的现状，设计了一种翻转式哈密瓜分级装置。
二、本课题研究内容
1 总体设计
1.1 总体结构
本装置包括机架、进料口、卸料口、传送系统、承载水果装置、控制系统和分级执行装置。传送系统包含电动机、同步皮带、主动链轮、从动链轮和链条输送带；控制系统包含对射式激光传感器、传感器支撑架、三菱 PLC 和 PLC 支撑架；分级执行装置包含分级执行装置支撑架、支撑轴、调速电机、凸轮和棘轮。
1.2 工作原理
工作时，电动机带动传送系统工作，传送系统带动承载水果装置工作，哈密瓜由进料口进入承载水果装置。当承载水果装置通过对射式激光传感器区域时，哈密瓜触发对射式激光传感器，按照所触发的对射式激光传感器的对数将哈密瓜分为大、中、小3 个等级；对射式激光传感器将信号传给三菱 PLC,通过预先设置好的程序使三菱 PLC 控制相应的调速电机转动，调速电机控制凸轮转动；凸轮通过转动使相应的水果托盘翻转，进而使哈密瓜进入相应的卸料口，实现哈密瓜的分级；拉伸弹簧拉动水果托盘回到初始位置，凸轮继续转动至初始位置后通过与棘轮作用停止转动，等待下一次转动。
2 哈密瓜承载装置设计
2.1 材料与方法
本次试验材料选 用品 种 为“金 皇 后 （欣 源 蜜6号）”的成熟哈密瓜样本，样本个数为 100个，产地为新疆兵团农六师103 团哈密瓜种植基地。根据当地瓜农的经验和哈密瓜的全生育期（85 ~ 110天左右），在哈密瓜成熟期对此种哈密瓜进行两批次采收，每次均采收 50 个，且采收时间间隔不能超过 3天，共得到 100 组有效试验数据。
2.2 水果托盘曲线确定
通过对哈密瓜球度的计算，可以看出“金皇后（欣源蜜 6 号）”品种哈密瓜形状规则，接近于球形，因此需要设计一种类球形的水果托盘。选取哈密瓜理论平均纵径做为椭圆的长轴 r1,哈密瓜理论平均横径做为椭圆的短轴 r2,并选定用于设计水果托盘的曲线。
2.3承载水果装置设计
承载水果装置由转动轴、减震弹簧、水果托盘支撑座、水果托盘缓冲垫、装置支撑座、拉伸弹簧和水果托盘组成。其中，装置支撑座与链条长销轴相联，减震弹簧固定在水果托盘支撑座和装置支撑座之间；水果托盘通过转动轴与水果托盘支撑座联接，其缓冲垫固定在水果托盘支撑座上，拉伸弹簧用于联接水果托盘和水果托盘支撑座。承载水果装置是哈密瓜分级装置中的关键部件，该装置中水果托盘的主要作用是实现哈密瓜承载传送和翻转；减震弹簧和水果托盘缓冲垫主要作用是当哈密瓜由进料口传送至水果托盘时实现减震和缓冲，避免哈密瓜出现损伤；拉伸弹簧的主要作用是当水果托盘翻转后将水果托盘拉回原位置。
3 分级系统设计
3.1 分级执行装置设计
分级执行装置由凸轮、棘轮、支撑轴和调速电机组成。其中，支撑轴固定在分级执行装置支撑架上，棘轮固定在支撑轴上，凸轮绕支撑轴转动。通过固定在分级执行装置支撑架上的调速电机
带动凸轮绕支撑轴转动，凸轮在转动过程中通过与水果托盘作用，驱动水果托盘翻转，进而使哈密瓜翻转并实现哈密瓜的分级；凸轮每次工作后都回到初始位置，通过与棘轮的作用实现凸轮静止。
3.2分级控制系统工作原理
分级控制系统由多对对射式光电传感器、三菱PLC 和调速电机组成。首先，通过试验获取哈密瓜相关数据建立哈密瓜质量 - 纵径数学模型，根据所建立的数学模型确定对射式光电传感器的安装位置，并确定哈密瓜经过传感器时触发传感器个数与哈密瓜质
量的关系；然后，PLC 通过获取传感器被触发个数的信息间接获取哈密瓜的等级信息，并根据间接获取的哈密瓜等级信息控制相应的调速电机转动；调速电机控制凸轮旋转并驱动水果托盘翻转，最后完成哈密瓜的分级。
三、实施方案：
1 哈密瓜表面清理及编号。对所采收的哈密瓜使用干毛巾进行表面清洗，用小刀切除果梗，并对哈密瓜进行编号，将编号为1 ~ 100 的记号纸贴在哈密瓜果梗处。
2 哈密瓜外形尺寸测量。对已经编号的哈密瓜样本，使用高度划线游标卡尺测量哈密瓜样本纵向长轴的长度 a、横向短轴的两个长度 b 和 c.其中，短轴的两个长度 b、c 测量方式是短轴处相互垂直的两个位置进行测量，通过公式（1） 求出哈密瓜的球度 .在测量哈密瓜纵径时需要人工将哈密瓜竖立，由于竖立过程人工参与，可能存在一定的偏差，故此处均采取多次测量取平均值的方法。每个哈密瓜样本的尺寸数据测量 3次并详细记录每次所测量的数据，将每个哈密瓜样本的 3组试验数据取平均值作为哈密瓜的尺寸数据，并最终以 100 个哈密瓜的平均横纵经值做为哈密瓜的理论横纵经值。
四、进度安排：
第1-4周 实习调研、收集资料；
第5周 完成开题报告；
第6-7周 完成总体方案设计；
第8-11周 完成机械结构、驱动系统、控制系统设计计算；
第12-15周 绘制装配机总装配图、零件图；并绘制驱动系统原理图、控制系统原理图；
第16周 整理文档图纸完成毕业设计说明书；
第17周 校对所有设计内容参加毕业设计论文答辩
五、已查阅主要参考文献
[1] 朱培逸，王引佳，高珏，等。 基于 PLC 和组态王的水果品质分级系统设计[J]. 农机化研究，- 106.
[2] 张俊雄，荀一，李伟，等。 基于计算机视觉的柑橘自动化分级[J]. 江苏大学学报：自然科学版，- 103.
[3] 安爱琴，余泽通，王宏强。 基于机器视觉的苹果大小自动分级方法[J]. 农机化研究，- 166.
[4] 刘燕德，吴明明，孙旭东，等。 黄桃表面缺陷和可溶性固形物光谱同时在线检测[J]. 农业工程学报，-.
[5] 王运祥，马本学，贾艳婷，等。 采用夹持果梗方法的水果检测分级机设计[J]. 食品与机械，- 110.
[6] 葛纪帅，赵春江，黄文倩，等。 基于智能称重的水果分级生产线设计[J]. 农机化研究，- 130.
关键词：平整机；带钢；机械结构；轧制力；表面质量
中图分类号：TG333 文献标识码：A
带钢是金属制品、结构件、机械制造中广泛应用的重要钢材。近年来，市场上随着对带钢的需求量加大，同时要求带钢的性能和外观质量也越来越高。而冷轧后的带钢，材质软不适用于加工，外观质量差，达不到所需要的标准。本课题研发1700mm带钢平整机，能够改善带钢的性能、提高带钢的表面质量。
一、平整机的原理
平整机的原理是通过轧辊对带钢进行小压下量的轧制变形，来提高带钢的机械性能；通过控制带钢的延伸率，使带钢表面获得需要的平直度和粗糙度，来提高带钢的表面质量。
二、平整机的主要技术参数（表1）
三、轧制力的计算
轧制力是轧制时轧件给轧辊的总压力，是轧机负载水平的主要参数，是设计轧机的基本依据。
1.平均总压下率εm
εm=ε×60%=3×60%=1.8%
2.变形助理σ
从加工硬度系数表可查得硬化系数：a=205，n=0.28
σ=a×εn=205×0.0180.28=66.56kg/mm2
3.变形抗力1.15σ
1.15σ=1.15×66.56=76.547kg/mm2
4.单位压力1.15σ-q
1.15σ-q=76.547-3=73.547kg/mm2
5.变形区长度L
6.变形区平均厚度Hm
7.诺模图Z坐标
8.诺模图Y坐标
9.诺模图X坐标
根据诺模图Y、Z坐标，从诺模图曲线查得X=0.39
10.弹性压扁影响系数m
m=（ex-1）/x=（e0.39-1）/0.39=1.223
11.平均单位压力Pm
Pm=（1.15σ-q）×m=73.547×1.22=89.95kg/mm2
12.轧辊弹性压扁后变形区长度L'
13.总轧制力P
P=Pm×B×L'=89.95×1700×12.2928=18797.5kN
四、平整机的结构特点
本课题研究的1700mm带钢平整机为闭式机架四辊平整机，由机架装配、辊系装配、轧制线标高调整装置、主传动装置、轧辊清理装置、防跳辊等几部分组成。
1.机架装配
机架装配为平整机的主体部分之一，辊系等其他部分均装于机架内。它主要由两片铸钢机架通过上横梁连接在一起，下部用螺柱及螺母垫圈与两块地脚板把合成一体后座于基础上，再用地脚螺栓固定在基础上。在两片机架的窗口内侧还装有工作辊及支承辊用的平衡弯辊缸块，共4个缸块，每个缸块上装有4个工作辊弯辊缸及一个支承辊平衡缸，工作辊弯辊缸活塞杆上的缸头装入工作辊轴承座和T形槽内，当平整机平整时不同的液压压力使工作辊产生不同的正负弯辊力，防止工作辊轴向传动。支承辊平衡缸活塞杆顶在上面支承辊轴承座下部，当平整机平整时用来平衡上支承辊系的重量。
2.辊系装配
辊系装配为平整机的核心部分。辊系装配主要包括上、下支承辊装置及上、下工作辊装置。上、下支承辊装置主要由支承辊轴承座、四列圆柱滚子轴承、深沟球轴承、轴承盖等组成。考虑轧制力很大，支承辊轴承选用四列圆柱滚子轴承，其轴向力由深沟球轴承来承受。上、下工作辊装置主要由工作辊、工作辊轴承座、四列圆锥滚子轴承、及轴承盖等组成。
3.轧制线标高调整装置
由于在带钢的平整过程中工作辊及支承辊都要发生磨损，所以轧制线标高也随之发生变化，轧制线标高调整装置就是根据辊子的磨损量，来调整上辊的轧制线的标高。上辊的轧制标高是由安装在支承辊轴承座与机架窗口上横梁之间阶梯垫来调整，阶梯垫由两个液压缸驱动。下辊的轧制线标高由液压缸来调整。
4.主传动装置
主传动装置是平整机工作的动力，它主要由主机、制动器、安全联轴器、主减速机、万向接轴、接轴夹紧装置等组成。平整机与机组配套采用交流变频调速电机，电机尾部装有制动器，以备紧急停车时用。在主电机与主减速机之间还装有安全联轴器。1700mm平整机采用只传动下工作辊的传动方式，在主减速机与工作辊之间选用十字轴式万向接轴来传递扭矩。
5.轧辊清理装置
由于在平整过程中，带钢上的氧化铁皮及其他脏物等可能会附于支承辊辊面上，这样在平整过程中，由于轧制压力很大，支承辊上的脏物就可能划伤工作辊辊面，从而影响板材表面质量。轧辊清理装置的作用就是对支承辊面进行清理。轧辊清理装置由上轧辊清理装置及下轧辊清理装置组成，每套清理装置磨头伸缩由1个气缸驱动，磨头沿辊子轴向移动。
6.防跳辊
1700mm平整分卷机组速度较高，高速切分时，带钢容易产生跳动而划伤工作辊的表面，此时装于平整机入口侧的防跳辊抬升缸活塞杆向上伸出，将防跳辊抬升，使辊面高于轧制线，与相关设备形成微张力，使带钢绷紧，不产生跳动。防跳辊本身为自由辊，用两支座把合于连杆上，连杆中间与抬升缸缸头铰接成一体，连杆两侧分别与两摆臂铰接，两摆臂用中心轴及支座把合于机架上。
结语
通过对1700mm带钢平整机工作原理和机械结构的介绍，对其相关的设计参数的分析，可以得出通过平整机的带钢，具有良好的机械性能和表面质量，能够达到对带钢质量所需的标准。并且随着社会的发展，对钢的需求加大。平整机其发展空间必然十分广阔，应用前景非常可观。
参考文献
[1]邹家祥.轧钢机械设计[M].北京：冶金工业出版社，1988.
关键词：工程教育；CDIO；机械设计；应用模式
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新优秀成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程理论和实践。CDIO工程教育模式在国内高校引起了较大的关注，具有代表性的高校有汕头大学、燕山大学、成都信息工程大学、合肥工业大学、广州大学等。汕头大学最早探索和实践CDIO工程教育模式。从2005年起，汕头大学工学院在执行校长顾佩华教授的指导下，开始学习研讨CDIO工程教育模式并加以实施［1］；燕山大学从2008年开始实施基于CDIO模式的教育教学改革，建立了以项目为主线的课程教学体系，制定了以设计为导向、以工程能力培养为目标的培养方案［2］；成都信息工程大学基于CDIO工程教育理念和模式，在全校推进以专业建设为主线的教育教学一体化改革［3］。除上述高校外，北京石油化工学院、浙江工业大学、中南大学、哈尔滨理工大学、黑龙江工程学院等单位也进行了CDIO工程教育模式的探索与实践［4，5］。机械设计类课程是机械设计制造及其自动化专业中的一重要课程群，该课程群将在机械产品的方案设计、技术设计以及优化设计等方面提供基本的理论和方法，在培养高素质、优秀工程人才方面有着其他课程不可替代的重要作用。总结已有研究，尽管CDIO工程教育模式在若干高校中进行了实践，但是该模式还未在机械设计类课程中进行大范围的推广应用。本研究结合CDIO教育理念和机械设计类课程性质及教学目标，提出基于实验室资源的CDIO应用新模式，解决CDIO高等工程教育模式推广应用中难题。
一、CDIO新模式及其实施过程
针对机械设计类课程，提出和建立了基于实验室资源的CDIO应用新模式。该新模式通过系统的CDIO的项目设计，依靠实验台提供的拼装和仿真功能，实现某一产品从构思到运行全过程，达到培养和训练学生创新设计能力和实践动手能力的目的。该模式的思想是将CDIO核心培养理念与现代实验室的开放性、容纳性、多样性、反复使用性和更新性相结合，利用实验室条件实施CDIO四个环节特别是支持“实现、运作”环节的一种的高效应用模式，是实施CDIO工程教育理念的一种可操作性强的运行模式，是对CDIO应用模式的细化和具体实现。根据CDIO工程教育模式的实施步骤，基于实验室资源的CDIO应用新模式实施过程如下：（1）针对不同的课程及教学环节目标，设计CDIO项目；（2）按照项目实施目标，进行构思和设计，提出解决方案；（3）选择实验设备及组件，进行实验设备安排；（4）通过实验设备与组件的拼装、搭建、系统构建或实验设备加工，执行“Implement（实现）”环节；（5）通过实验系统的操作演示、反复修正，执行“Operate（运作）”环节；（6）项目答辩与交流，能力考核，完成CDIO训练项目。
二、支撑CDIO新模式的实验室设备
在机械设计类课程的实验教学中，有大量拼装搭建实验台架，这些实验设备可用来执行本研究提出的CDIO应用新模式，典型实验台架包括：（1）轮系创新设计拼装及仿真实验台该实验台主要进行齿轮与轮系的分类及设计、分析与运用，是引导学生进行积极思维、创新设计、培养学生综合设计能力和实践动手能力的一种新型综合实验台。（2）机械方案创意设计五位一体化实验仪机械方案创意设计五位一体化实验仪是集机构组装、电机驱动、气缸驱动、程序控制和运动测试于一体的多功能实验台架，包含了连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、螺纹连接件、带传动、链传动、轴承等在内的多种典型机构和零部件，主要进行机械系统传动方案的设计与组装演示，特别适用于学生创新能力和动手实践能力的培养。
三、CDIO新模式的实践应用
1．在机械原理课程项目中的实践应用差动轮系是机械原理课程中的一个难点，针对该知识点，设计了差速器三级项目。将本文提出的基于实验室资源的CDIO新模式在该三级项目中进行了实践应用，具体过程如下：（1）设计差速器三级课程项目利用各类典型机构及零部件，以电机为原动机，设计汽车后桥上的差速器系统，将某一构件的运动按可变化的比例分解成两个构件的运动，实现汽车两后轮随着不同的行驶状态而自动改变转速的目的，以减小轮胎和地面之间的滑动。（2）进行构思和设计，提出解决方案解决方案可以有很多种类，现根据学生的设计，举例描述如下。差速器系统由电机、V带、直齿轮减速机构、万向联轴器、后桥差动器系统组成，其组成及传动方案如图1所示：该方案分析如下：由电机1经V带2传动到直齿轮组4减速，再经万向节联轴器5到后桥差动器6运动。同时，在差动轮系两边分别装有角位移传感器7和9，在主动直齿轮上装有一个角位传感器3，通过测试可以分析出其运动规律。通过该传动系统可以掌握后桥差动器的工作原理及其运动规律。1．电机2．带传动3、7、9．角位移传感器4．齿轮传动5．万向联轴器6．差速器8．轮子（3）实验设备与组件安排使用轮系创新设计拼装及仿真实验台。搭建过程中使用电机、V带、齿轮、键、联轴器、轴、螺纹连接件、支架等组件。（4）实验设备与组件的拼装、搭建根据传动方案，利用上述设备与组件，学生亲自动手实践，搭建形成差速器系统。（5）差速器系统运行、方案修正与完善在实验台上运行差速器系统，调试各项参数，反复修正传动方案直至完善。通过测试和分析系统的运动规律，掌握差速器功能，进而加深对差动轮系知识点的理解，了解差动轮系在工程实际中的应用。（6）项目答辩与交流，能力考核项目执行完成后，以小组为单位，制作ppt进行答辩，交流方案设计过程与体会，提交设计报告，给出项目成绩。2．在机械设计课程项目中的实践应用轴系零部件结构及尺度设计是机械设计课程中的一个难点，针对该知识点，设计了轴系零部件结构设计与测量三级项目。CDIO新模式应用过程如下：（1）设计轴系零部件结构设计与测量三级课程项目利用轴系零部件实验台架和可拆装减速器，进行轴、齿轮、套筒、轴承、轴端挡圈等零部件的装配设计、轴结构设计、轴上零件定位与固定、轴各段直径和长度的测量等设计，通过设计和测量明确轴系零部件设计的基础理论和方法。（2）进一步根据课程项目任务和目标，划分项目小组，分工协作，查阅资料，进行构思、设计，提出解决方案；在此基础上，利用实验室设备与组件进行拼装、搭建、测量，将设计方案转化成实际系统，完成项目预期目标；最后，进行项目考核，进行答辩与交流，给出课程项目成绩。通过该模式的实施，学生普遍反映教学效果良好，真正进行了动手实践过程，增强了动手能力，加深了对差动轮系知识点的理解，并对该知识点的工程应用也有了较好的认识。在培养学生创新设计能力方面，通过对CDIO新模式实施前后课程成绩、教师评教、督导评教等各个环节的比较分析，可以看出学生的培养质量都有明显地提高。特别是学生在参与课外各级科技作品创新设计竞赛活动中，取得了比以往都好的成绩，反映出学生的创新能力不断提高。
四、结论
（1）针对CDIO工程教育模式在机械设计类课程中的应用难题，提出基于实验室资源的CDIO新模式。该新模式将CDIO核心培养理念与现代实验室的开放性、容纳性、多样性、反复使用性和更新性相结合，利用实验室条件实施和运行CDIO四个环节。探讨了CDIO新模式的实施过程、支撑CDIO新模式的实验室设备，最后将基于实验室资源的CDIO新模式在机械原理和机械设计课程项目中进行了应用。（2）实践应用表明，基于实验室资源的CDIO新模式在培养学生的工程设计能力、工程创新能力和工程实践能力方面具有较好的效果，能够达到CDIO工程教育目标。（3）本文研究在CDIO工程教育模式具体实践方面具有较大的创新性。当前，机械设计类课程或者还未应用CDIO工程教育模式，或者借助软件在计算机中仿真演示运动方案，这些都不能体现出“做中学”的教育培养理念。而本研究提出的CDIO新模式能够利用实验室资源，通过让学生拼装搭建形成产品实物，来体现和验证创新设计方案，从而能够锻炼学生的创新设计能力和动手实践能力。因此，该新模式较常规教学思路和模式具有较大的创新性。
参考文献：
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关键词：挑战杯;开放实验室;教学改革
中图分类号： G640 文献标识码：A
1 挑战杯项目的选题
挑战杯的选题是一项非常细致的事情。既要考虑到项目的先进性，又要考虑到项目的科学性及实用价值。根据简化工程实际问题，开设综合型实验的要求，我们选择了“钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统”，作为参加湖北省第十界“挑战杯・青春在沃”大学生科技作品竞赛项目，实际下承式桥梁见图1。简化后测试系统模型见图2。
1.1 测试系统概述
本次挑战杯选的题目为：“钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统”（以下简称测试系统），见上图。系统的设计，采用了塔扣合一的既经济又先进的吊装方法，钢管拱的线型为悬链线线形。该监测监控模拟仿真系统，将此类桥梁建造整个试验过程通过简化，采用模拟仿真的形式搬进课堂，便可以开出多种综合型及研究型的实验。应用模拟系统软件，可以进行桥梁建造过程的模拟、钢管拱吊装过程的应力模拟、塔架位移模拟、混凝土灌注过程的模拟、成桥试验的模拟、自爬吊篮的模拟等。可以演示监测监控的全过程，安装到每一部分时的各部位的应力情况。由于监测监控关系到工程建设项目的成败，所以，对保证工程质量有重大意义。
1.2 项目创新点和先进性介绍
创新点：设计制作出钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统，并制作出了应变长期监测规及应力自校仪。本作品运用了经济可靠的塔扣合一吊装技术，悬链线钢管拱线形及采用了应变长期监测规和应力自校仪，进行监测监控模拟实验。可以演示监测监控的全过程，安装到每一部分时的各部位的应力情况。可以让学生自己动手进行各个环节的实际操作，并在比较短的时间完成整个桥梁的安装过程及整个监测监控的测试过程，有益于对学生创新思路的培养。
2 教学计划的编制
2.1 测试系统的创新点及所开设的综合创新实验
2.1.1 测试系统的介绍
测试系统由两边的桥墩、桥墩上面的塔架系统、钢管拱系统及桥面系组成，见图3。
钢管混凝土拱桥模型全长1.5米，桥面宽30cm，净长为1.05米。该桥主拱采用双肋等截面桁架无铰拱，拱轴线是以悬链线为基础的三次样条曲线，矢高0.21m米，矢跨比1/5，分5段制作安装，每段焊接而成。拱肋吊杆为7对，Ф4钢筋固定。吊杆间的间距为 0.125 米，桥面为厚1mm的钢板搁在由10mm×20mm型钢焊接而成的骨架上。钢管拱的加工制作采用一次加工成形的办法（钢管拱采用不锈钢管制作）缆索吊装系统主索系上、下两组Ф4mm 钢筋构成，跨度为1.3米。
2.1.2 测试系统的创新点
（1）塔扣合一的吊装系统
塔扣合一的吊装系统见图4，塔架扣架分开吊装系统见图5。
本系统采用了既经济又先进的塔扣合一吊装技术，采用动态调索法保证拱轴线线型。
（2）拱轴线为悬链线线型
拱轴线为悬链线线型见图6。
在拱桥设计中，合理拱轴线的确定直接影响主拱截面内力的分布与大小。所谓合理轴线，就是当拱的轴线与压力线完全重合时，各截面的弯矩和剪力都为零，只有轴力，各截面上产生均匀分布的正应力，材料能得到充分利用，从力学的观点来看，这是最经济，合理的。因此在某种固定荷载作用下，拱的所有截面的弯矩都为零的轴线。目前拱桥常用的拱轴线型有圆弧线、抛物线以及高次抛物线等。本下承式钢管混凝土拱桥的模型拱轴线采用的是悬链线三次样条曲线。
（3）采用动态调索法调整索力及拱轴线线型
随着钢管混凝土拱桥设计跨度的增大，一次张拉法存在着一些不可克服的弊端：
第一，钢管拱肋的施工预抬值是无法精确计算的。其主要是受钢管拱肋结构的弹性变形、大型塔架的弹性变形、扣索（钢绞线）弹性模量的变化、扣索温差热膨胀等诸多因素的影响，致使裸拱圈最终不能满足设计线形。工程施工中如果过分地依赖其计算预抬值，可能会导致主拱合拢的困难。
第二，随着钢管拱拼装的延续，如果扣索是不可调的，先期安装的扣索，其内力总是不断地增加而偏大，使得各扣索内力分配不合理，那么相应地锚（特别是重力式地锚）和塔架的投入会过大，造成人力和财力资源的浪费。
为了使得主拱满足设计线形，最可行的方案是反复调整扣索即扣索动态调整法。通过现场适时张拉扣索，重新合理分配各扣索的内力，使各控制点的标高以某种方式逼近设计拱轴线，以其获得满意的拱肋内力、扣索内力和拱轴线形。扣索动态调整是通过理论分析和现场测试来实现的。其主要内容涉及到钢管拱和塔架的应变控制、扣索的内力控制和钢管拱助的标高控制。利用扣索动态调整技术，可以使扣索内力较合理的分布和控制拱肋标高。
（4）采用了应变长期监规测试系统
施工中采用动态调索法，保证钢管拱线形及每根扣索的索力在其允许值之内。钢管拱合拢之后，采用先进的无损探测技术，混凝土密实度探测。整个施工过程监测监控采用应变片、传感器、长期应变检测规及应力自校仪，静、动态应变测试系统，固有频率测试系统。下面对应变长期监测规及应力自校仪进行介绍：
长期应变检测是一个至今没有解决的问题，以下采取的使用长期应变检测规的方法，对于应变长期检测是非常有效的，见图7。
长期应变检测规是由连接块、应变规支架、夹式引伸计所组成。二次仪表用应变仪测取应变后，再换算出位移来。位移增量除以标距即为应变值。夹式引伸计的调零标定刀口与夹式引伸计的测量刀口是一样的距离，将应变规支架固定在应变规支架连接块上之后，将支架固定在构件上，再从侧面将在应变规支架连接块轻轻地移出。这样就保证了支架的标距值。将夹式引伸计安装在调零标定刀口上进行调零之后，再将夹式引伸计放在测量刀口上，看其是否也在零位，若有微小的初读数，记下来存档，当构件加载之后，重复刚才的调零测量方法，即可得到任何时间的应变值。测量完毕，将应变规拿下来保存，这种测量方法很适合于长期应变的测量。应变规在测不锈钢材料弹性模量中的应用见图8。
（5）采用了应力自校仪测试系统
应力自校仪测试系统见图9。应力自校仪由以下几部分组成：1.千分表应变测试系统;2.自校应变规系统;3.标距安装总成;4.信号采集转化系统;5.计算机软件程序系统所组成。
目前，用应变片短时间检测的桥梁健康检测比较多。但对于长期检测，应变变化及裂纹扩展时，就必须用应力自校仪才能做到。由于千分表和应变规同时测量，可以相互校对，增加了仪器应变测试的可靠性。同时可以测量裂纹的扩展量，这是本仪器的创新之处。应用于桥梁健康检测及监控之后，可以随时掌握路桥信息，指导路桥检修及加固。
应力自校仪在测材料弹性模量中的应用见图10。
那么如何到达桥梁的各个部位进行检测呢？这就是下面要介绍的自爬式水陆两用吊篮。
（6）自爬式水陆两用吊篮
自爬式水陆两用吊篮见图11。
本吊篮系统由吊篮移动车、水陆两用吊篮主体、气囊、卷扬机、滑轮、自爬升降器、方向盘组成。其运行方法为：在整个跨内由桥面上的吊篮移动车带动主体运行，完成各个部位的传感器安装及检测。吊篮的升降由自爬升降器（手动）和卷扬机（自动）来完成。当本跨内的测试，贴片任务完成之后，可换另一个位置进行工作。若下面是陆地时，气囊不充气，可将吊篮推到下一个位置。如果下面是水时，将气囊充气后，由后面的螺旋桨推动气囊开到下一个位置。吊篮移动车上面有两个套管，通过定位销固定支架的位置，移动车内装上水泥或者石头，以增加车的重量，提高支架的承载能力。有了方便的工具，对于经常性地检验桥梁成为可能，可以更好地预防交通事故的出现。
根据第二课堂实验教学资料《传感器的设计、制作与组装》、《钢管混凝土建造监测监控实验指导》，《建筑与桥梁结构试验加固实验指导》，在本测试系统上可以开设一下综合创新实验：测试系统的设计制作实验;应变片粘贴实验;塔架吊装、应力、挠度、垂度、偏移量测试实验;钢管拱应力线形挠度测试实验;索力测试实验;传感器标定实验;钢管混凝土探伤实验;成桥检测实验等。
2.1.3 实验内容及学时安排
实验内容及学时安排见表1。
3 开放实验室管理办法
针对以上教学及实验内容，特制定开放实验室管理办法首先制定了开放实验室的规章制度，之后按照规章制度执行。时间开放：开放是相对于“约束”而言。常规的实验教学，一是时间上的约束;二是内容上的约束，只有必做实验，没有选作实验;三是方法上的约束，只能按实验指导书上规定的方案、方法、步骤做实验，这对于学生能力培养十分不利。而时间开放，就是不受时间的限制，学生就可以认真仔细地将一个设计性的实验做完。
内容和教学方法上的开放：除必做实验外，还应安排学生自选实验。可以将教师的部分科研任务，安排为专题性的研究型实验，以及开展第二课堂和学生科技小组活动。个人或小组，可以自拟实验题目，自行设计实验方案，自选仪器设备组装实验装置，经批准后，独立进行实验。实验报告可以以小论文的形式提交。总之，将实验教学开发内化的方法落到了实处。
4 创新实验的教学过程
4.1 测试系统的制作
根据测试系统的制作所涉及的内容，讲解了钢管混凝土拱桥建造监测监控的整个实验过程，在本系统上所要开设的所有实验（见表1的实验内容），并提供参考资料及电子文件，进而开拓学生的创新思路。之后学生根据功能设计制作出样机及实际测试系统，见图2测试系统模型，及图3测试系统尺寸示意图。
4.2 应变片的粘贴及仪器调试
根据要求，在塔架，钢管拱、桥面上分别贴上应变片，从贴片方案设计、应变片粘贴、接线、应变片接桥及仪器调试，都由学生独立完成，真正的锻炼他们的动手能力。他们基本功扎实，动手能力强，经过努力，终于完成了测试系统，并在本系统上开出了研究、设计综合型实验。综合型实验有：应变片的粘贴实验;塔架系统测绘调整应力测试实验;传感器标定实验;钢管拱线型及应力测量实验;索力测试实验;钢管混凝土探伤实验;桥梁荷载试验;动应力及固有频率测量实验等。
4.3 实验报告及教学资料的整理
通过制作与测试，完成了实验报告的编写及答辩资料的整理。完成的教学资料有：
1.湖北省第十届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书，作品名称为：钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统;2.测试系统设计图纸及模型制作;3.钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统设计说明书;4.钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统指导手册;5.钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统上所能开设实验的实验报告;6.答辩讲演稿（PPT）等;
5 比赛辨及获奖
展板设计与制作是根据比赛要求来设计的。湖北省“挑战杯”竞赛自1997年举办以来，已成功举办了9届，今年是第10届。本届挑战杯以“创新点亮中国梦”为主题，全省普通本科院校参与率达100%，民办独立学院、高职高专参与率达70%，共吸引来自全省64所高校的623件作品参赛，数十万青年学子以“挑战杯”为平台，积极参与科技创新与创业教育实践。
为了更方便说明仿真系统的功能，特意将系统及测试仪器运到比赛现场进行演示。既方便问辨又便于给参观的人们演示。为了便于了解系统使用，特编写了“钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统指导手册”，便于让人们更好地了解我们的创新点和先进的施工技术。
问辨之后有许多学生及老师参观，针对我们的作品，我们进行了耐心细致的讲解及演示。由于参观的人比较多，这就要注意仪器设备的安全问题，运去的仪器有个记录，回来有个清点，保证设备不要丢失。运输过程要注意安全，不要将仪器设备损坏。
本次比赛，武昌理工学院学生团队斩获多项大奖。其中，《钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统》、《业主在住宅项目设计阶段BIM知识库建设的研究》获二等奖，此两个二等奖均为城建学生申报的作品。《“丫丫”移动互联网社交APP》、《槲皮素-羟丙基-β-环糊精包合物对柔红霉素心脏毒性的保护作用》、《硫色素荧光法测定维生素B1含量实验条件的研究》、《对于公益“微”企业的尝试--一种校内服务性移动新媒体平台的构建》、《从应试教育到素质教育渐变问题的系列研究（四篇）》获三等奖。经过参赛学生及指导老师的努力，我们的《钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统》在湖北省第十届“挑战杯・青春在沃”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获二等奖。赛后团委书记表示：“此次我校学子在这次比赛中能获得7个奖项，表明了他们在学术研究和科研创新上付出了努力，在成功素质教育的理念下坚持不懈，最终获得了一些成绩，充分向社会展示了我校学子风采，有力地证明了我校学生扎实的理论功底，为我校培养人才、实现与社会人才需求标准高端对接提供了坚实基础。”
6 总结
第一，完成了钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统的设计、制作以及教学资料的编写工作，对挑战杯实验进行了开发内化教学;
第二，编写了挑战杯实验教学资料：《传感器设计、 制作与组装》、《钢管混凝土建造监测监控实验指导》，《建筑与桥梁结构试验加固实验指导》，制订了教学计划，制定了实验室开放教学的规章制度及管理办法;
第三，结合钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统，开出了研究型综合性实验;
第四，经过参赛学生及指导老师的努力，我们的《钢管混凝土拱桥建造监测监控模拟仿真系统》在湖北省第十届“挑战杯・青春在沃”大学生课外学术科技作品竞赛中荣获二等奖。
关键词：高职力学；教学项目；工学结合；项目设计
市政工程力学与结构是依据“市政工程技术专业工作任务与职业能力分析表”中的市政工程技术工作项目设置的。其总体设计思路是，打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为以工作任务为中心组织课程内容，并让学生在完成具体项目的过程中学会完成相应工作任务，并构建相关理论知识，发展职业能力。
市政工程技术专业培养掌握市政工程技术专业知识及技能，具有良好职业道德，既能满足施工员岗位综合技能要求，又能胜任资料员、安全员、预算员、质检员、测量员等岗位工作的人才。依据上述进行项目化教学设计。
一、建筑力学基础
建筑力学基础需要训练的工作项目有力的基本概念、静力学公理、约束类型及其约束反力，其中结构计算简图简化、静力学公理的应用、常见的约束以及物体的受力分析和受力图作为教学重点。结构计算简图可以按照实际工程中模板支架简化计算作为载体进行教学。
二、杆件变形
把轴向拉伸、横力弯曲、纯弯曲及组合变形整合成一个教学项目。需要训练的项目为内力及内力图、应力及应变、变形及位移，这部分内容可以按照钢管支架验算的项目进行。教学的重点为静定结构的内力求解及内力图绘制，刚架的内力计算以及内力图绘制、平面桁架的内力计算，模拟斜弯曲梁、拉压与弯曲及弯曲与扭转构件的受力及约束条件，要求学生计算出其应力分布及数值。
三、平面体系的几何组成分析
这部分内容结合钢管支架的构造措施尤其是剪刀撑部分进行项目设计，需要训练的工作项目有平面体系的几何组成规则及分析方法、静定结构和超静定结构概念。让学生能够进行简单超静定问题的求解，了解变形协调条件的应用。具体的数值求解可以利用有关的计算软件进行。
四、压杆稳定性分析
由于实际工程中钢管支架的破坏多为失稳破坏，所以，此部分教学应作为重点内容进行讲解。相应的教学项目设计也必须做得更为细致。需要训练的工作项目有失稳破坏与构件平衡时材料破坏的区别、长细比的概念以及在支架设计中的重要性、临界荷载的计算、提高受压构件稳定性的措施以及局部失稳的概念。
其中把失稳的概念、长细比及提高受压构件稳定性的措施作为教学的重点。
五、影响线
把绘制影响线及利用影响线求荷载不利位置及量值的计算作为此项目的工作任务，相应的知识点为影响线的概念、静力法作简支梁的内力影响线以及简支梁、连续梁的内力包络图。把“了解影响线的概念”“静力法作简支梁的内力影响线”以及“理解简支梁、连续梁的内力包络图”作为训练的工作项目。教学情境与教学设计为模拟简支梁或连续梁的受力及约束条件，要求学生绘制其影响线。
六、桥梁结构基础
把钢筋混凝土受弯构件的正截面承载力分析作为工作项目，相应的知识点为受弯构件的正截面破坏形态、单筋矩形截面梁正截面承载力分析、单筋T形截面梁正截面承载力分析、双筋矩形截面梁正截面承载力分析、材料的力学常数、极限状态设计的基本概念、钢筋混凝土受压构件的构造要求。
训练的工作项目有“确定某钢筋混凝土矩形截面简支梁跨中截面纵向受力钢筋的数量”和“确定某钢筋混凝土T型简支梁跨中截面的纵向钢筋截面面积”“轴心受压构件的破坏特征”“普通箍筋柱的正截面承载力分析”。
把“受弯构件的正截面破坏形态”“单筋矩形截面梁正截面承载力分析”“钢筋混凝土轴心受压柱的截面尺寸及纵向钢筋面积计算”“受压构件的配筋要求”“受压构件钢筋的弯钩、锚固和连接要
求”作为教学重点。可以采用标准图库中8 m简支梁的配筋作为教学案例让学生进行承载能力验算。
市政工程力学与结构是高职市政工程技术专业一门核心的课程，传统的教学偏向于理论，学生对授课内容不易掌握，也无法将所学内容与工程实际结合起来，教学效果不甚理想。与传统的教学方法相比，采用项目化教学设计后，教学内容更贴合施工现场，学生更易掌握。
参考文献：
[1]孙元桃.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2011.
[关键词]高层建筑施工，转换层，支撑架
中图分类号：TU974 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）12-0218-01
高层建筑转换层施工应从环境、材料、设计、人工等多方面的因素加以防调并进行有效的事前控制和事中控制，而一些工程施工往往忽略这些防调和控制工作、酿成了工程事故、如对转换层支撑架未进行准确的设计和验算、只是凭以往的工程经验搭设、而支撑架又不能有效承担施工荷载、而导致局部垮塌.显然，上述工程事故反映转换层作为高层建筑结构的特殊部位，其施工极具专业性且有较高的技术难度。
早在1929年，Mate就提出了柔性底层大空间的概念。二十世纪五六十年代，前苏联和东欧一些国家采用这种结构，也是首次通过设置转换层而取得底层大空间的尝试。D.R.Green在1972年对框支剪力墙结构在竖向荷载作用下的性能进行了有机玻璃模型试验，提出了将框支剪力墙结构作为拱的计算方法。L.Gemy对上部为双肢剪力墙、下部为框架的结构进行了光弹性试验。实测表明，其应力与有限元计算结果基本一致。弹性计算分析时，对体型不规则结构考虑双向地震作用。许多体型特殊的结构，除进行弹性计算外，补充进行了弹塑性分析计算，以找出结构的薄弱部位采取构造措施进行加强。如CCTV主楼、广州合景大厦、北京当代万国城、北京电视中心等。
1 高层建筑转换层支撑体系形式
高层建筑转换层施工荷载巨大，转换层支撑架的稳固可靠是转换层施工成功的关键。特别是用碗扣式脚手架系列构件可以组成不同组架密度，不同组架高度，能承受不同荷载的支撑架，现已广泛用十现浇混凝土结构工程施工。在高层现浇混凝土结构施工中，配备快速拆模系统，使模板和支撑架周转速度比常规快1倍左右，材料占用量减少近一半，经济效益显著。横杆层高可根据荷载等要求选择0.6m.、1.2m、或1.8m。使用不同长度横杆组成不同立杆密度的支撑架，其水平框架尺寸可有等几种型式。使用同样长度的横杆也可组成不同立杆密度的支撑架，当用长横杆搭设高密度支撑架（即小立杆间距）时，采用两组或多组组架交叉叠合布置，横杆错层连接；当用短横杆搭设低密度（即大立杆间距）支撑架时，采用两组或多组组架分别设置，增大其中间间距的办法实现。对于楼板等荷载较小的模板支撑，一般不需把所有立杆都连成一整体，高宽（以窄边计）比小于3：1即可，但至少应有两跨（即二根立杆）连成整体。对转换层重载支撑架或高度较高（大于10m）的支撑架，则需把所有立杆连成整体，并根据具体情况适当加设斜撑、横托撑或扩大底部架。
2 基于极限状态设计的转换层支撑架立柱整体稳定计算
在工程施工中，工程技术人员一般都按照极限状态设计计算方法进行脚手架的设计计算，其优点是：可与国家的现行结构标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、《钢结构设计规范》统一，可直接引用结构规范有关参数，以便简化计算。支撑架立柱稳定计算问题，实际上是一个节点为半刚性的空间框架稳定计算问题，为便于应用，对这一问题必须寻求既简便又符合上述支撑架的实际破坏特点的实用计算方法，为此，作如下简化：
a.把支撑架的整体稳定计算简化为对立柱稳定的计算。具体方法是将立柱步距乘以大于1.0的系数作为立柱稳定的计算长度，称这个系数为立柱计算长度系数，根据支撑架的整体稳定试验结果确定。该处理方法一方面反映了支撑架整体失稳的实质，另一方面又可区别不同步距、排距、连墙件竖向间距给出不同的值，以反映主要因素对支撑架整体稳定承载力的影响。
b.忽略作用于支撑架的竖向荷载偏心作用。一般情况下，施工荷载的合力总是偏离支撑架的形心轴作用线；除立柱外，其余的竖向荷载（纵向、横向水平杆施工荷载）通过纵向或横向水平杆与立柱连接的扣件传给立柱时，扣件传力也是偏心的，计算立柱稳定时对上述的施工荷载偏心作用和扣件的偏心传力均予以忽略。
c.由于高层建筑转换层支撑架是支撑于建筑内部，四周处于封闭状态，因此，可不考虑风荷载作用产生的弯曲应力。
-支撑架结构自重产生的轴力标准值，，Hd-支撑架的搭设高度；gk-个柱距范围内的每米高支撑架结构自重产生的轴力标准值，-几个可变荷载产生的轴心压力标准值总和，对于高层建筑转换层重载支撑架来说，主要就是转换层施工荷载，1.4-永久荷载与可变荷载的荷载分项系数，fc-计算立柱段的稳定承载力设计值，一轴心压杆的稳定系数，根据所计算立柱段的长细比由《冷弯薄壁型钢规范》可查得，h一所计算立柱段的支撑架步距，i一立柱截面的回转半径，一计算长度系数。
3 转换层结构施工技术实例
对半刚性的转换层支撑架的分析计算是很复杂的、特别是空间转换层支撑架结构，由于三维的约束作用，计算分析更是繁杂。在施工中也很少触及。我们对“广场”转换层支撑用SAP程序进行了支撑架的分析。
1）SAP计算软件对广场转换层支撑架结构分析
转换层支撑架为三维空间结构，用SAP程序进行分析时，纵向取三跨，并考虑按照实际搭设情况，用了斜撑。用空间析架建模、考虑到碗扣式脚手架节点抗剪性能强、连接可靠、各节点都近似为刚接、而把支座近似为铰接。支撑架的顶托传递施工荷载，因此，考虑在析架顶层节点作用集中荷载。经过SAP分析、其立杆的侧向最大挠度不超过1mm、其挠度能满足小于1/1000L的要求。
SAP分析的最大支反力与荷载效应组合设计法计算得的支座反力相差不超过6%、造成结果的微弱差异主要是荷载效应组合设计法把支撑架剪刀撑看作构造措施、及对杆件的计算长度系数的取值与实际有一定差异。而SAP计算模型则让剪刀撑参与受力、使角点支反力的分配增大、同时、计算模型中的节点刚接假定对此差异的形成也有一定的影响；同时，广场转换层下层楼板在设计时考虑到防止过大变形、楼板厚度设计为250mm，为满足施工技术设计的方便性，SAP计算模型假定楼板无变形对计算结果有一定影响.
4 结论
本文对高层建筑转换层支撑架半刚性连接的长度系数作较为符合实际的修正、运用实验手段、得出支撑架值经验数据、以便支撑架的稳定计算可符合实际，运用SAP有限元分析，进一步分析了支座反力和顶层节点挠度，可以为结构设计提供较为准确的数据参考。高层建筑转换层施工技术迅猛发展为我们提供了研究本课题的巨大空间、随着科学技术的进步，相信对高层建筑转换层施工技术的研究会更加深入。
参考文献
关键词：牛头刨床 自动走刀 加工 圆弧面 比较
通常零件的圆弧表面加工一般都是在铣床、插床等专用机床上进行。笔者学校校企合作工厂开发的熨衣机零配件，就牵涉加工圆弧面这个问题。以前工厂是先利用闲置设备牛头刨手动走刀近似加工，然后再用样板对照打磨至近似尺寸，但要达到图1的尺寸和精度要求比较困难，并且加工费用比较高，效率也低。
针对此问题，学校专门成立了课题研发小组，积极投入到该项研究。最终通过设计改造把牛头刨床刨刀的直线往复运动转变为圆弧摇摆运动，这样就可以直接自动走刀加工圆弧面，其操作方便，效率高，成本低，而且各项技术指标均达到设计要求。
图1 工件尺寸图
一、总体结构
主要由牛头刨床、导轨架、工件模架、压板、刀架、摆动架、转轴、连杆、支承架等组成（见图2）。首先，把支承架12牢固地安装在牛头刨床的床身上，然后依次把轴承9、转轴10、摇摆架8、刀架7按图2安装在支承架上，再把连杆11连接在摇摆架8与牛头刨床的滑枕之间，定位模架4和导轨架3装置在牛头刨床的工作台上，其中心线与转轴10的中心线垂直对齐。
图2 圆弧工件刨刀机构改装示意图
二、工作原理
把工件铝夹头2通过压板5固定在定位模架4上，装上刨刀6，调好刨刀刀口到转轴中心的距离为铝夹头的圆弧面半径。开动牛头刨床的直线往复运动，通过连杆11带动摆动架8、刀架7、刨刀6一起作圆弧摇摆运动，再利用牛头刨床工作台的上下运动调整进刀量，由牛头刨床的自动进级机构直接自动走刀加工圆弧面。由于牛头刨床的最大横向行程是600mm，而工件总长为1120mm，想一次完成是不可能的。因此可通过导轨架定位，横向移动定位模架4及工件铝夹头2，当刨刀6接近机床工作台限位时，可把工件沿机床工作台T形槽从左向右移动，让未加工位置进入加工位置，然后再重复以上动作继续完成工件的圆弧面加工。
如要加工不同的半径圆弧面，可通过调整刨刀在刀架上的伸出长度，从而改变刀尖到转轴中心的距离，达到加工不同的圆弧半径的目的；通过调节滑枕的行程大小来从改变刨刀的摆动角度从而达到加工不同的圆弧弧长的目的。
三、加工效果
采用改装牛头刨床加工方法与采用传统加工方法加工的铝夹头，其主要技术指标的比较见下表。从下表中可以看出，采用改装牛头刨床加工的铝夹头都能达到加工零件的尺寸和精度要求，而且质量都比较稳定，效率高，成本也较低，从而获得比较好的经济效益。
四、成果应用
该机构简单，操作方便，较好地解决了铝夹头圆弧面难加工的问题，同时还可以通过改变摆动架及刨刀的长度来加工多种不同半径的圆弧面，一机多用，节约成本。同样，在其他普通设备上也可以经过改造或改进，获得更多不同的加工方法。通过扩大普通设备的使用范围，利用好校企合作厂闲置设备，提高设备利用率，使产品成本降低，增强在市场上的竞争力。
近年来，计算机技术的迅速发展及其在机械设计中的广泛应用，使得机械设计越来越方便、快捷。针对高职教育的特点，笔者认为在机械课程设计中应该尽可能多的利用计算机进行辅助设计，一是让学生掌握现代化的设计理念，适应新形式下的职业需求；二是通过引入相对较容易上手的软件，引起学生的兴趣，让学生自主地去学习[2][3]。经过详细的比较研究，笔者选择了功能全面且界面友好、人机交互的软件——MATLAB[4]。
1MATLAB软件的特点
MATLAB是“矩阵实验室（MatrixLaboratory）”的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，是专门针对科学和工程中计算和绘图的需求而开发的一种科学计算软件。与其它计算机语言相比，其特点是使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富，并且很容易由用户自行扩展。
2应用研究
机械课程设计中的轴类零件大部分受空间力系作用，发生弯扭组合变形，而解决弯扭组合变形的轴强度设计问题对高职学生来说，相对复杂，其原因是计算量和作图量都极大。下面就以减速箱传动轴零件的强度设计问题为例，来探讨MATLAB在机械课程设计中的应用方法和技巧。
2.1基于Matlab分析工程实际问题的基本步骤
2.1.1根据工程实际问题进行建模①为工程结构或构件选择合适的简化平面，画出其平面简图；②确定研究对象，取分离体，画其受力简图；③列平衡方程。
2.1.2编写Matlab程序①Matlab程序编制方式：Matlab程序编制的方式有两种方式：第一种是行命令方式，这就是在命令窗中一行一行地输入程序，计算机每次对一行命令作出反应，像计算器那样。这只能编简单的程序，在入门时可以用这种方式。第二种是M文件方式，当程序稍复杂一些时，就把程序写成一个由多行语句组成的文件，通过在Matlab的命令窗中输入文件名回车来执行这个文件。②Matlab程序编制框架：Matlab程序编制的框架分三部分：a已知数据输入程序段。一般采用input函数输入数据。其格式是z＝input（’屏幕上显示的提示信息’）。当执行该函数时，系统等待从键盘输入数据后按回车键，输入的数据就存入变量z中。b相关表达式编制程序段。把建模中的表达式按Matlab规定格式进行编制。此时的程序语句基本上与其数学表达式一致。c结果数据输出程序段。一般采用fprintf函数输出数据微。其格式是fprintf(''''屏幕上显示的提示信息变量名=%数据输出格式单位\n'''',变量名)。在编写程序时，在程序开始处先输入已知条件（给已知参数赋值），这样得出的程序具有一定的普遍性，若需要修改参数，只需修改头几行的数据即可。③Matlab程序运行。
2.2应用举例例：设计带式输送机减速器的输出轴直径。已知该轴传递功率为P=5kM，转速n=140r/min，齿轮分度圆直径d=280mm，螺旋角β=14°，法向压力角an=20°。作用在右端联轴器上的力F=380N，方向未定。L1=200mm，L2=150mm，载荷平稳，单向运转。轴的材料为45钢调质处理。
2.2.1建模首先，根据力学概念确定轴为研究对象。其次，画出轴的空间受力图，根据空间力系的平面解析法，画出各平面及F支反力受力图以及轴上作用力偶的受力图；最后，根据各平面受力图，通过静力平衡方程，列出各参数的表达式。
圆周力
径向力
轴向力
水平面支反力
水平面弯矩
……
2.2.2编程
%轴的设计计算（弯扭组合）
%输入参数
sigmab=input(‘σb='''');%材料的强度极限值
sigmabb=input(‘[σ-1]bb='''');
%材料的对称循环状态下的许用弯曲应力
P=input(''''P='''');%轴传递的功率（Kw）
……
%进行计算——将前面对应的建模表达式输入
%齿轮上作用力的计算
T=9.55*10^6*P/n;%齿轮所受的转矩——T=9.55×106
Ft=2*T/d;%齿轮上作用的圆周力——
Fr=Ft*tan(alphan*hd)/cos(beita*hd);%齿轮上作用的径向力――——
Fa=Ft*tan(beita*hd);%齿轮上作用的轴向力——
……
%输出计算结果
fprintf(''''轴的直径dD=%3.3fmm\n'''',dD)%输出轴的直径dD
fprintf(''''水平面弯矩MCy=%3.3fNmm\n'''',MCy)%输出轴C处的水平弯矩
fprintf(''''垂直面弯矩MCz1=%3.3fNmm\n'''',MCz1)%输出轴C处左侧的垂直弯矩
fprintf(''''垂直面弯矩MCz2=%3.3fNmm\n'''',MCz2)%输出轴C处右侧的垂直弯矩
……
%轴的弯扭强度设计作图
%画水平弯矩图
title(''''水平弯矩图'''')%确定图形的标题
xlabel(''''x'''')%确定x轴的标签
ylabel(''''My'''')%确定y轴的标签
x=[0100200350];%给出x轴的坐标值
y=[0MCy00];%给出y轴的坐标值
figure(1);%图形排序
plot(x,y,''''*'''',x,y,''''-b'''')%绘制曲线是实线，蓝色
holdon%保持当前图形
……
2.2.3运行结果matlab输出的计算结果和如图3matlab输出的水平弯矩图、垂直弯矩图、F力作用下的弯矩图、扭矩图及合成弯矩图。
通过上述编制的程序段和相应的程序语句的说明，我们可以看出matlab编程特点，只要掌握的输入输出语句的固定格式，对于中间的表达式的输入，形式基本上类似于数学符号的直接应用。不用过多的去记忆大量程序指令，使编程易于上手完成。
3结论
MATLAB软件具有强大的计算、绘图及仿真功能，把它应用于工科机械课程设计中，不但可以激发学生的学习兴趣，培养学生独立思考问题的能力，还能真正让学生掌握一些现代化的设计手段。MATLAB软件简单易学、方便快捷，希望它能在职业院校中也真正地广泛开展起来，促进现代高职教育的教学思想和教学模式的改革创新。
参考文献：
[1]柴鹏飞.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2007.203～206.
[2]朱艳英，陈月娥等.理论力学课程教学中的MATLAB应用研究[J].教学研究.2006.5：258～260.
