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典型机械工程安全事故虚拟仿真系统在实践教学中的应用

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朱书慧李连豪袁志华刘婉茹

【摘要】针对典型机械工程安全事故虚拟仿真系统在实践教学应用过程中存在的问题，本文从与课堂知识点结合、教学方法、操作步骤和考核方法等方面展开讨论。结果对合理使用典型机械工程安全事故虚拟仿真系统和丰富《工程力学》实践教学环节场景具有指导意义。

【关键词】工程安全事故;虚拟仿真;实践教学;应用

：TU714：A：2095-2457（2019）28-0058-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.022

【Abstract】Aimingattheproblemthatintheapplicationofvirtualsimulationsystemfortypicalsafetyaccidentsinmechanicalengineeringinpracticalteaching，thecombinationofclassroomknowledge，teachingmethods，operatingproceduresandassessmentmethodswerediscussedinthisthesis.TheresultshaveguidingsignificanceforrationaluseofvirtualsimulationsystemoftypicalsafetyaccidentsinmechanicalengineeringandenrichingthesceneofpracticalteachingofEngineeringMechanics.

【Keywords】Engineeringsafetyaccidents;Virtualsimulation;Practicalteaching;Application

0引言

隨着我国社会经济的高速发展，诸多生产事故频现，因此在时代的大背景下，避免事故发生和安全生产等意识逐渐深入人心。诸多生产事故多属于机械工程事故工程力学范畴。如何避免机械工程事故需要从头抓起，也就是说，需要从机械工程的的设计者初始就需要增强安全意识，避免事故发生。

就其基础学科《工程力学》而言，典型机械工程安全事故，如架桥机工作过程可能出现的事故，是工程力学全部知识点和相关实验的再现，具有典型的代表性。

在《工程力学》实践教学环节，典型机械工程安全事故很难现场再现。基于此类问题，结合信息技术[1]，以架桥机为例，开发出一款典型机械工程安全事故虚拟仿真系统[2-3]，其能够直观地再现架桥机在使用过程可能出现的安全事故。

在《工程力学》实践教学环节，如何合理地使用上述系统[4]，例如如何结合课堂知识点、如何操作以及考核成为一个亟待解决的问题。

基于以上问题，本文讨论了典型机械工程安全事故虚拟仿真系统在实践教学过程中的应用。本文对合理使用虚拟仿真系统具有指导意义。

1典型机械工程安全事故虚拟仿真系统简介

本系统通过虚拟仿真技术再现架桥机工作过程可能出现的事故为出发点，弥补传统工程实践教育的不足，提高机械工程本科生创新、动手能力。其主要由VR图形工作站;头戴式虚拟现实头盔;六自由度操控手柄等硬件和知识模块及网络条件等软件组成。

2面向学生及专业基础

本系统主要面向农业工程相关专业、机械工程相关专业和交通工程相关专业的三四年级工科本科生及研究生。要求学生学习完大二所有课程和相关的专业基础课程。掌握力学和机械原理相关知识，掌握力学分析基本要求以及机械原理等基础知识。专业实验要求学生学习完至少相关的三门专业课程。掌握基本力学和机械原理的相关知识。熟悉典型机械的结构与原理，掌握基本操作以及软件使用方法。

3基本应用

3.1课堂知识点结合

（1）架桥机的结构认知，真实再现架桥机的结构。（2）架桥机的拆解，可将架桥机主要零部件逐一拆解，零件包括：电机，减速器，卷筒机构，绳索导向器，制动器，行走机构，横向机构，天车，架桥机机臂，吊梁。（3）架桥机主要部件的工作原理。（4）架桥机动力分析。运动形式分析，画出运动简图。根据梁片的重量分析计算电机的功率。（5）拉伸强度校核。钢丝绳拉力分析，根据梁片的重量分析钢丝绳的拉力，钢丝绳的强度校核。（6）弯曲强度校核，天车的受力分析，画出天车梁的力学简图，根据梁片的重量分析天车横梁的受力，天车横梁的强度校核。（7）扭转强度校核，卷筒轴的受力分析，卷筒轴的力学简图，根据梁片的重量分析卷筒轴的受力，卷筒轴的强度校核。（8）架桥机运行准备工作。（9）架桥机工作过程安全管理