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机械工程测试技术课程科研案例的应用

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摘要:机械工程测试技术是一门面向工程应用、实践性较强的课程,涉及信号处理、传感器、控制工程、数理基础等多门课程。为了在有限的课时内让学生掌握更多的知识点,并初步掌握解决复杂工程问题的能力,科研案例在教学过程中的应用是一种较好的教学手段。在案例选择和应用实践中,本人结合已开展的科研项目,提炼出测试技术相关的知识点。让学生在课堂学习中既对课程产生兴趣,也让学生接触到较为前沿的科研动态。科研案例的运用,为培养学生解决复杂工程问题的能力奠定基础。

关键词:机械工程;测试技术;科研案例;工程应用

中国工程教育的目标之一是:构建中国工程教育的质量监控体系,推进中国工程教育改革,进一步提高工程教育质量。尤其要在机械工程类的课程中始终贯穿着工程教育目标的主线,紧密围绕着如何提高学生解决复杂工程问题的能力不放松。而测试技术课程在机械类专业教学计划中起到承上启下的作用,是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁[1]。所以,在测试技术课程教学中要时刻关注如何提高学生将数理知识和工程知识运用于分析复杂机械工程问题的能力,如何促使学生掌握正确采集、处理实验数据的能力,如何对实验结果有正确地分析和解释,并最终通过综合有效信息得到合理的测试结论。由于测试技术课程时长较短,内容覆盖面较宽泛,因此,在教学过程中容易给学生造成课程主线不清晰,知识点散乱无关联的印象。为了能够提纲挈领,将课程内容清晰地在教学过程中展现出来,就需要结合一些实例,将测试技术的知识点融入进去[2]。结合自身的无损检测专业背景,科研项目中存在的测试技术知识点,在课程教学中讲解自己所搭建科研平台的大体思路和测试原理,形象地将前沿的测试设备展现给学生。因此在测试技术课程中,选取了几个典型的科研实例,以期达到引起学生对测试技术学习兴趣的目的。

一案例的选取原则

机械工程测试技术的案例不能过多,应该基于教学时长,依据课程进度适当地选择典型案例。机械工程测试技术课程的主要章节包含:信号分类、测试系统特性、常用传感器、信号调理电路和信号处理初步等章节。根据实际需要,选择的案例应能充分地反应出课程中的知识点,具有紧密的相关性。根据以上原则,本人选取以下案例,进行课程讲解。

二磁巴克豪森噪声测试渗碳层的深度

随着渗碳层深度的增加,表面渗碳层的碳浓度随之增加,材料的磁通密度、磁导率等磁化强度参数都会下降,而矫顽力也增加,从而导致材料微观结构下的钉扎作用加强,磁畴的翻转能力减弱[3]。根据巴克豪森噪声产生的原理可知,磁畴翻转运动减弱,会导致MBN信号值减小。利用放置在试样表面的感应线圈,可以接收到材料在磁化过程中所产生的这种巴克豪森噪声,通过对噪声信号的采集与分析,分析研究渗碳层深度与巴克豪森噪声信号特征值之间的关系。根据巴克豪森检测原理搭建检测系统如图1所示检测得到的巴克豪森噪声信号,经过信号处理可得到均方根、均值、振铃数、峰峰值随着渗碳层厚度增加的变化情况。整个案例中涉及到:信号类型、信号调理、信号处理、传感器等测试技术课程相关知识点。从本案例中学生可形象直观地看出整个测试系统的组成,并能够对测试信号有详细地了解。同时,在本案例中,学生可直接参与测试信号的描述与分析中,获得知识学习的认同感。

三兰姆波测量激光搭接焊缝的熔宽

将单个斜探头连接在Olympus的脉冲激励接收仪器上,进行脉冲反射法实验,以实现单探头的激励和接收兰姆波,并将仪器的输出端接入Tektronix数字示波器,实验装置如图2所示[4]。斜探头通过压电晶片的逆压电效应产生超声波,超声波再通过压电效应被压电晶片接收到。通过斜探头激励和接收的兰姆波在焊缝处的反射幅度,来判断激光搭接焊缝的熔宽。本案例中涉及到:测试装置的基本特性、传感器、信号处理等测试技术知识点。从本案例中,学生可对测试技术在复杂工程问题中的应用,有较为全面的认识;另外,也可对压电传感器有一定的感性认识,并以此为基础举一反三,认识其他类型的传感器。

四激光超声表面波测试渗氮层的深度

激光超声设备如图3所示。所用激光器为调Q激光器,发射激光的脉冲宽度为2ns、单脉冲输出能量2mJ。超声波接收器采用Quartet-FH系列激光超声干涉仪。实验时,由脉冲激光器产生脉冲激光,脉冲激光辐射在金属表面后形成超声波振动,激光干涉仪接收超声波。根据声波互易性原理,实现超声波点源激励并随时间传播的动态图像[5]如图4给出的是一个典型的激光超声激励出的位移-时间响应曲线。从图4中可以看出:脉冲激光激发的超声波模态包括掠面纵波(sP)、表面横波(sS)及表面波(R)三种澳门威尼斯网上娱乐;声表面波经过缺陷反射后会接收到反射表面波(RR)。从接收到的信号中,可以利用测试技术中信号的描述等知识点对信号进行描述,并可以通过互相关算法求得表面波、掠面纵波等超声波模态的传播速度。本案例中涉及到:传感器、测试装置的基本特性、信号的描述、信号处理初步等测试技术的知识点。从本案例中,学生不仅可以了解到较为前沿的激光超声测试技术,开拓了眼界,还使学生认识到学习基础知识的重要性。

五结语

通过在课程中运用个人的科研案例,不仅提高了学生学习的兴趣,还增强了学生分析解决复杂工程测试问题的能力。课程中讲解的较为前沿的科研项目,可以开拓学生视野,还阐明学习基础知识的重要性,同时,将工程教育的理念贯穿在整个课程教学中。经过近两年的课程改革,学生普遍反映学习兴趣浓厚了,不仅掌握了测试技术的相关知识,还对测试技术课程的认识更系统了。

参考文献

[1]张建立,李延民,刘治华.“机械工程测试技术基础”课程内学分制研究与实践[J].黑龙江教育,2016,(3):40-41.

[2]刘奇元,胡蓉.“机械工程测试技术”课程中的教学案例选择[J].教育现代化,2016,(28):165-166.

[3]屈辰鸣,孙俊杰,李廷超,等.基于巴克豪森噪声的渗碳层深度检测方法[J].无损检测,2018(4):36-40.

[4]李阳,蔡桂喜,董瑞琪.兰姆波在搭接焊缝上的反射和透射[J].声学学报,2017,42(4):495-503.

[5]刘秀梅,徐化文,贺杰.高校机械工程专业研究生国际化培养方案的研究[J].教育现代化,2017,4(50):15-16+117.

作者:李阳 邹云 单位:郑州大学

今日制造与升级杂志责任编辑:张雨    阅读:人次

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