飛行器全機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度虛擬仿真實(shí)驗(yàn)所屬課程是工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)，是飛行器設(shè)計(jì)、飛行器制造工程、工程力學(xué)等航空航天大類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)核心課程。該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)依托“國家級力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”、“國家級飛機(jī)設(shè)計(jì)專業(yè)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”、“國家級力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”、“飛行器結(jié)構(gòu)完整性技術(shù)工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)與強(qiáng)度技術(shù)國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室”等教學(xué)團(tuán)隊(duì)和技術(shù)平臺。這些技術(shù)平臺能夠?yàn)楸咎摂M實(shí)驗(yàn)建設(shè)提供國內(nèi)一流的飛行器全機(jī)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和測試條件。

飛行器全機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)技術(shù)難度高，實(shí)驗(yàn)規(guī)模大，工作周期長，資金消耗大，難以在現(xiàn)實(shí)場景中開展課堂教學(xué)。針對上述問題，我公司和學(xué)校共同研討后決定充分利用現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)，開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，將飛行器設(shè)計(jì)和制造過程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測試試驗(yàn)轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握飛行器全機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度實(shí)驗(yàn)的基本原理，掌握全機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方法，了解典型的實(shí)驗(yàn)加載和測試系統(tǒng)的基本原理，對培養(yǎng)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(yàn)符合“縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間及空間，節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，提高安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用”的理念，能充分體現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與實(shí)踐教學(xué)深度融合的優(yōu)勢。結(jié)合國家級精品課程、陜西省精品課程和慕課等教學(xué)資源，我公司配合通過對實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、加載測試、變形斷口檢查和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等過程的虛擬構(gòu)建，為學(xué)生打造一個(gè)完整的飛行器全機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測試在線開放課程體系。本項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)原理及流程如圖所示：

本虛擬實(shí)驗(yàn)的主要目的體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）克服實(shí)驗(yàn)成本和技術(shù)要求高的困難。飛行器全機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)需利用多通道協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)進(jìn)行，需要大量專業(yè)技術(shù)人員協(xié)同工作才能完成，實(shí)驗(yàn)規(guī)模大，操作流程復(fù)雜，成本高，技術(shù)難度大，一般本科生實(shí)驗(yàn)室不具備開展實(shí)驗(yàn)的條件。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行У亟鉀Q以上難題。

（2）解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程因時(shí)間受限無法教學(xué)的難題。傳統(tǒng)的飛行器全機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，要依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)安裝、測試設(shè)備準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)試、正式實(shí)驗(yàn)、變形斷口檢查、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫等一系列工作，實(shí)驗(yàn)周期很長，難以在傳統(tǒng)課程的學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)。采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可在保留實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵要素的條件下，最大限度壓低實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間，為創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)帶來便利。

（3）拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，提高綜合運(yùn)用知識的能力。飛行器全機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度虛擬仿真實(shí)驗(yàn)涵蓋飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料力學(xué)性能測試、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測試、強(qiáng)度分析與評估等專業(yè)知識，擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的知識覆蓋面，提高了知識應(yīng)用的融合度，拓寬了學(xué)生的專業(yè)視野，培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。

（4）虛實(shí)結(jié)合，有效激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新熱情。虛擬實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供一個(gè)自由開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以依托該環(huán)境，設(shè)計(jì)自己的加載和控制系統(tǒng)。一些新型的加載方法可以首先在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中驗(yàn)證，隨后在真實(shí)的物理環(huán)境中進(jìn)行研制。通過虛實(shí)結(jié)合，能夠激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造的熱情，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

本項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)原理分述如下：

（1）實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)

飛行器全機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)，即按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮涂己藢ο蟮奶卣鳎_定實(shí)驗(yàn)的總體規(guī)模和分系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，包括實(shí)驗(yàn)支持系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)加載系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等主要系統(tǒng)，為分系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)打下良好基礎(chǔ)。

（2）加載和測量設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮涂傮w設(shè)計(jì)要求，確定飛行器結(jié)構(gòu)受力、飛行剖面載荷和加載方案，確定飛行器結(jié)構(gòu)響應(yīng)、應(yīng)變和變形測量方案，確定加載和測量所用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，進(jìn)行加載和測試準(zhǔn)備工作。

（3）實(shí)驗(yàn)標(biāo)定與開始

對實(shí)驗(yàn)加載、測量和采集設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定、復(fù)檢和調(diào)試。在各系統(tǒng)調(diào)試正常的基礎(chǔ)上，進(jìn)行限值載荷實(shí)驗(yàn)和極限載荷實(shí)驗(yàn)，通過這部分虛擬實(shí)驗(yàn)，觀察飛機(jī)結(jié)構(gòu)在載荷作用下的變形和應(yīng)力發(fā)展過程，增進(jìn)學(xué)生對飛行器結(jié)構(gòu)和承載特性的理解。

（4）結(jié)構(gòu)評估與分析

在完成上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形破壞檢查和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，全面了解飛行器結(jié)構(gòu)的受力、損傷和破壞特性，鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力。

（5）網(wǎng)絡(luò)開放，在大范圍內(nèi)讓更多學(xué)生受益。根據(jù)學(xué)生對該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的操作打分，同時(shí)回傳成績至國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺i-LAB，學(xué)生認(rèn)真填寫感想和建議部分，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫，為國內(nèi)所有的學(xué)生提供了一個(gè)可以實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源向社會開放，讓更多人受益。