飛行器全機結構強度虛擬仿真實(shí)驗所屬課程是工程力學(xué)實(shí)驗，是飛行器設計、飛行器制造工程、工程力學(xué)等航空航天大類(lèi)專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗核心課程。該虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)項目建設依托“國家級力學(xué)基礎課程教學(xué)團隊”、“國家級飛機設計專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)團隊”、“國家級力學(xué)實(shí)驗教學(xué)示范中心”、“飛行器結構完整性技術(shù)工信部重點(diǎn)實(shí)驗室”、“飛行器結構力學(xué)與強度技術(shù)國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗室”等教學(xué)團隊和技術(shù)平臺。這些技術(shù)平臺能夠為本虛擬實(shí)驗建設提供國內一流的飛行器全機強度實(shí)驗和測試條件。

飛行器全機結構強度實(shí)驗技術(shù)難度高，實(shí)驗規模大，工作周期長(cháng)，資金消耗大，難以在現實(shí)場(chǎng)景中開(kāi)展課堂教學(xué)。針對上述問(wèn)題，我公司和學(xué)校共同研討后決定充分利用現代虛擬仿真技術(shù)，開(kāi)發(fā)虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)項目，將飛行器設計和制造過(guò)程中的結構強度測試試驗轉化為教學(xué)實(shí)驗，讓學(xué)生掌握飛行器全機結構強度和剛度實(shí)驗的基本原理，掌握全機結構強度實(shí)驗的設計與驗證方法，了解典型的實(shí)驗加載和測試系統的基本原理，對培養學(xué)生的工程意識、創(chuàng )新精神和創(chuàng )新能力具有重要意義。該虛擬仿真實(shí)驗符合“縮短實(shí)驗時(shí)間及空間，節省實(shí)驗成本，提高安全系數，實(shí)現資源的高效利用”的理念，能充分體現現代信息技術(shù)與實(shí)踐教學(xué)深度融合的優(yōu)勢。結合國家級精品課程、陜西省精品課程和慕課等教學(xué)資源，我公司配合通過(guò)對實(shí)驗方案設計、實(shí)驗準備、加載測試、變形斷口檢查和實(shí)驗結果分析等過(guò)程的虛擬構建，為學(xué)生打造一個(gè)完整的飛行器全機結構強度測試在線(xiàn)開(kāi)放課程體系。本項目的實(shí)驗原理及流程如圖所示：

本虛擬實(shí)驗的主要目的體現在以下幾方面：

（1）克服實(shí)驗成本和技術(shù)要求高的困難。飛行器全機結構強度實(shí)驗需利用多通道協(xié)調加載系統進(jìn)行，需要大量專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員協(xié)同工作才能完成，實(shí)驗規模大，操作流程復雜，成本高，技術(shù)難度大，一般本科生實(shí)驗室不具備開(kāi)展實(shí)驗的條件。而虛擬仿真實(shí)驗能夠有效地解決以上難題。

（2）解決傳統實(shí)驗課程因時(shí)間受限無(wú)法教學(xué)的難題。傳統的飛行器全機結構強度實(shí)驗，要依次進(jìn)行實(shí)驗系統安裝、測試設備準備、實(shí)驗系統調試、正式實(shí)驗、變形斷口檢查、實(shí)驗結果分析和實(shí)驗報告撰寫(xiě)等一系列工作，實(shí)驗周期很長(cháng)，難以在傳統課程的學(xué)時(shí)內完成教學(xué)。采用虛擬仿真實(shí)驗，可在保留實(shí)驗關(guān)鍵要素的條件下，最大限度壓低實(shí)驗教學(xué)時(shí)間，為創(chuàng )新實(shí)踐教學(xué)帶來(lái)便利。

（3）拓寬學(xué)生的專(zhuān)業(yè)視野，提高綜合運用知識的能力。飛行器全機結構強度虛擬仿真實(shí)驗涵蓋飛行器結構設計、材料力學(xué)性能測試、結構強度測試、強度分析與評估等專(zhuān)業(yè)知識，擴大了實(shí)驗教學(xué)的知識覆蓋面，提高了知識應用的融合度，拓寬了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)視野，培養了學(xué)生綜合運用知識的能力。

（4）虛實(shí)結合，有效激發(fā)學(xué)生創(chuàng )新熱情。虛擬實(shí)驗為學(xué)生提供一個(gè)自由開(kāi)放的實(shí)驗環(huán)境，學(xué)生可以依托該環(huán)境，設計自己的加載和控制系統。一些新型的加載方法可以首先在虛擬實(shí)驗環(huán)境中驗證，隨后在真實(shí)的物理環(huán)境中進(jìn)行研制。通過(guò)虛實(shí)結合，能夠激發(fā)學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )造的熱情，培養學(xué)生科學(xué)嚴謹的學(xué)習態(tài)度，提升學(xué)生的自主學(xué)習能力。

本項目的實(shí)驗原理分述如下：

（1）實(shí)驗總體設計

飛行器全機結構強度實(shí)驗總體設計，即按照實(shí)驗目的和考核對象的特征，確定實(shí)驗的總體規模和分系統設計的主要內容，包括實(shí)驗支持系統、實(shí)驗加載系統、實(shí)驗測量系統、安全防護系統等主要系統，為分系統設計和實(shí)現打下良好基礎。

（2）加載和測量設計

根據實(shí)驗目的和總體設計要求，確定飛行器結構受力、飛行剖面載荷和加載方案，確定飛行器結構響應、應變和變形測量方案，確定加載和測量所用到的實(shí)驗設備和儀器，進(jìn)行加載和測試準備工作。

（3）實(shí)驗標定與開(kāi)始

對實(shí)驗加載、測量和采集設備和系統進(jìn)行標定、復檢和調試。在各系統調試正常的基礎上，進(jìn)行限值載荷實(shí)驗和極限載荷實(shí)驗，通過(guò)這部分虛擬實(shí)驗，觀(guān)察飛機結構在載荷作用下的變形和應力發(fā)展過(guò)程，增進(jìn)學(xué)生對飛行器結構和承載特性的理解。

（4）結構評估與分析

在完成上述實(shí)驗的基礎上，進(jìn)行結構變形破壞檢查和實(shí)驗結果分析，全面了解飛行器結構的受力、損傷和破壞特性，鍛煉學(xué)生綜合應用專(zhuān)業(yè)知識的能力。

（5）網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放，在大范圍內讓更多學(xué)生受益。根據學(xué)生對該虛擬仿真實(shí)驗的操作打分，同時(shí)回傳成績(jì)至國家虛擬仿真實(shí)驗平臺i-LAB，學(xué)生認真填寫(xiě)感想和建議部分，并完成實(shí)驗報告撰寫(xiě)，為國內所有的學(xué)生提供了一個(gè)可以實(shí)際操作的實(shí)驗環(huán)境，將優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源向社會(huì )開(kāi)放，讓更多人受益。