结构模型设计大赛对大学生创新能力培养探讨

秦忠帅+++李书平++谢利斌

摘要：本文作者通过参加大学生结构设计大赛，对大赛所提出对大学生创新能力培养有所感悟，总结大赛各主要环节对大学生能力要求和创新能力培养及对自己今后学习帮助和影响。

关键词：结构模型设计 创新能力结构选型

中国分类号：TB482.2

大学生结构设计大赛旨在进一步加强高校学生创新精神、实践能力和团队精神培养，为学生全面发展创新人才脱颖而出创造良好竞赛平台，推动高等教育人才培养模式和实践教学改革，不断提高人才培养质量，设立大学生科技文化建设重要工程之一。

一、结构设计大赛赛事简介

一）、结构设计大赛概况

全国大学生结构设计竞赛是由高等学校土木工程学科专业指导委员会和 中国土木工程学会联合主办，由高校轮流承办。是土木工程学科培养大学生创新精神、团队意识和实践能力最高水平学科竞赛。全国大学生结构设计大赛从2005年开始在浙江大学举办，2008年第二届在大连理工大学举行，到2014年已经是第八届，而辽宁省大学生结构设计大赛是在2007年才开始举办，2010年以后每年都举行一次，直至2014年已经举行六届。

二）、大赛竞赛规则

大赛采用由大赛主办方结合工程实际统一拟定题目，各高校参赛队根据大赛组委会要求写出设计计算书和制作出结构模型。设计计算书在参赛前交给大赛组委会，主要内容为设计说明书、方案图、计算书；结构模型需各参赛队到达大会指定场所并由大赛统一分发制作结构模型所需材料和工具，现场在规定时间内完成结构模型制作，统一比赛。

二、对参加结构设计大赛认识

作为一项极具启发性、创造性和挑战性科技竞赛，大学生结构设计要求参赛队员既要具有结构设计计算理论知识又要具有动手制作模型实践能力，在竞赛过程中考验大学生临场发挥应变能力。优秀竞赛作品是参赛者准确把握命题要求，正确运用理论知识，精准进行模型制作结晶。

一）、结构选型

设计是工程灵魂，选型是设计灵魂。优秀结构型式不仅体现参赛者清晰准确力学概念，明确表达作者设计构想，同时体现作者创新能力。

结构选型首先满足大赛命题要求，在结合工程实际和专业知识，通过比选、分析、计算、实验等，充分考虑到制作模型材料力学性能，最后确定参赛结构型式。对于参赛者来说需通过查阅资料，对自己进行相关知识充电。在结构选型时想取得更好成绩要有大胆创新和发散思维，使作品脱颖而出。

二）、结构设计

结构型式确定下来以后结构设计，清楚结构加载后传力路径。所谓荷载传递路径指结构在外力荷载作用下从作用点开始依次经过结构各部分相互作用，最后传递到支座整条力的传递路线。荷载在结构内部以弯矩、剪力、轴力形式传递，各种内力在传递时引起的变形类型也不同。结构设计目标归根结底是将结构所承受荷载以最合理变形类型、最清晰传遞路线、最短传递时间传递到支座上。要求荷载传递路线必须是连续不可间断。

在进行桁架结构设计时借助荷载路径分析可以有效找到合理结构型式。各参赛队根据结构受力特点和结构设计原理规范要求，按照大赛提出条件进行合理结构布局和截面尺寸设计，力求达到质量最轻而承载能力最大，实现最优化结构设计。

三）、结构计算

结构模型设计完成后对模型进行理论分析与计算。大赛为考查参赛队员掌握基本理论知识，提倡尽量采用手算。大赛理论计算包括手算和电算。手算一般根据力学基本原理进行简单受力分析，如单根杆件强度验算等，电算则是运用力学计算软件用来计算超静定结构内力，推荐使用SAP2000、MIDAS等结构分析软件。结构模型设计需要反复进行结构布局和截面尺寸修改才能达到最安全、合理结构。

以上是对结构模型制作理论方面几点认识，在完成上述各环节后进入到至关重要实践环节。

四）、模型制作

一个优秀结构模型完成，如果已经进行完善理论设计只能认为是必要条件满足，精准制作工艺就是充分条件，两者缺一不可。模型制作水平它是一种技能，既然是技能它就需要熟能生巧，只要反复进行练习，不断总结经验，就能不断提高制作水平。下面就模型制作方面体会与大家共同分享一下。

白卡纸、木材、塑料管、有机玻璃等，不同的材料应分别从它的强度、硬度、纹理、粗糙度、吸湿性等指标来认识，在制作不同杆件时应扬长避短，使材料的优势得到充分的发挥。然后要考虑制作工艺，选择不同的材料制作方法也不同，如果选择硬度较小白卡纸时，杆件制作尽量选用模具这样既能保证构件尺寸又可以达到外形美观。结点设置要考虑到结构受力特点，在受弯矩或受拉力较大位置尽量避开设置结点等。

例如对于受拉结点的制作可采用“整体弯折法”：即将受拉杆件在连接处整体弯折而不截断，仅在预留出足够粘结接触表面后截断。采用“构件连接器法”即在连接处内衬一根小直径短杆或外套一根大直径短杆形成构件连接器；对于木材模型可以使用节点板。对于受压节点结构构件一般具有足够强度，在保证稳定性前提下受压性能一般完全能满足受力需要。受压节点较受拉节点来说，抵抗破坏能力也较好。在制作时压节点基本要领时：保证节点处各杆件轴线处于同一平面内且受压接触面务必充分接触。如结构模型各个环节都能力求达到完美，那么一定会制作出优秀作品。

五）、模型加载

在大学生结构设计大赛中，结构模型制作完成后，还有最后进行模型加载，模型加载成绩的好坏直接影响到最后比赛的名次，因此也要引起足够的重视。总结以往大学生结构设计大赛的加载方式分为：静荷载和动荷载。在加载过程中除了考虑加载的重量，还要保证在加载时结构不被破坏，结构发生的变形在允许的范围内，加载成绩由荷重比这个参数决定。

三、结语

通过参加辽宁省第六届结构模型设计大赛，体会到对结构受力有了更清晰认识，对力学知识学习也产生浓厚的兴趣，同时也培养自己在面对问题时态度，不再是逃避而是开动脑筋寻求解决问题办法。对于团体精神在完成一项任务时重要性，兴趣相投的人为完成一件事情组成一个团队，大家心往一处想、劲往一处共同向着同一个目标努力，但团队成员之间的分工协作是非常重要的，要充分发挥每个队员长处才能达到事倍功半的效果。对于自己创新能力培养产生很大影响，一个人创新能力不一定要求你有多么高深理论，只要你有做事热情、具有发散性思维和勤于思考就会有新发现。endprint