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缓冲吸能安全带力学性能的实验测试与优化设计 ——大学生科技创新活动中综合能力的培养。 肖久梅，尚新春 (北京科技大学数学力学系北京100083) 摘要通过本科生科技创新项目。缓冲吸能安全带力学性能的实验测试与优化设计”的实 施，学生综合应用已学力学知识的能力得到提高． 关键词：本科生，工科力学教学，课外创新活动，综合能力的培养 一、引言 大学本科是学生形成知识构架的、培养初步创新思维的及提高综合解决问题能力的 重要阶段。我校本科生创新科技项目为学生课外的提供了很好的实践机会。学生通过查 阅相关资料及进行市场调研，在指导教师的协助下提出自己的科研内容、思路和试验方 案，并进行可行性分析。在实验准备、实验操作、数据分析等实践过程中巩固了已学力 学课程的理论知识，并扩展了相关课外知识，提高了学生的理论联系实际和动手实践能 力、社会交流能力、团队配合意识等。这里以指导本科生创新项目“缓冲吸能安全带力 学性能的实验测试与优化设计”为例，来谈几点体会。 理论联系实际能力的培养 学生通过实际观察，对现有服役的汽车安全带的设计与性能提出了改进方案和优化 的设想。指导教师认为这是一个很好的科技实践课题，鼓励学生进一步查阅相关资料及 进行市场调研，提出了可行性分析及初步试验方案，以致进行项目的申报。学生在项目 申请书中写到：“安全带的发明和成为汽车上的配置在很大程度上降低了交通事故的死 亡率。现在的安全带均由强度极大的合成纤维制成，带有自锁功能的卷收器，采用对驾、 乘人员的肩部和腰部同时实现约束的三点式设计。虽然现在的安全带在强度上已经达到 了很高的要求，但是它也给人体带来的很多的负面效应。经调查，安全带能导致人体骨 骼变形甚至骨折…”，即将研究背景和问题的提出。进而，学生应用力学知识分析了现 有的安全带工作原理及缺陷所在，认为“人体前移的动能转化成自身的变形能，储存在 弹簧中。当人体相对于汽车静止的时候，挤压力消失，此时储存在弹簧里的变形能将会 向外释放，并且大部分作用在人体上，造成回弹。造成回弹的安全带是不合格的”。最 4ll 后提出一种改进方案来，写到“在现有的安全带上增加一个缓升-吸能护套有可能会降低 回弹。护套由吸能缓冲材料制成，可视为弹簧。当忭用根大冲击力对．弹簧的变彤量会 选到极限t造成弹簧的破坏。让弹簧的变形能转化成自身的破坏能．从而抵消这舒分能 量，避免了划弹效应，便起到了吸能缓冲的怍用。”学生设计出可移动护套结构模扭(圈 1)及其主吸能部分的缓冲吸能原理刮(图2)。项目提出的研究方案具有定的创新理 念r并且学生能将所学到的力学理论与实际问题联系起来。本项目的申报过程使学生由 书本知识学习阶段升华到了能够查拽相关文献、进行实际调研和应用所学力学理论提出 问题、分析问厘和解决问题的阶段。 目l 女全*＆p##体结构蚋*目 目2 弹*筷g目 三、动手实践能力的培养 为了验证理论分析和改进设计的正确性，学生县体宴旖了实验方案。图3为压 缩试验试件和设备。学生测得试验数据见图4所示，可以看出压缩的扔始阶段载 荷与位移呈线性变化：荷载继续增加则曲线开始向上弯曲，压缩弹性模置渐渐增大， 说明护套中的铜丝逐渐被压实．当荷载达到一定程度时．位咎的增量B经很小．而 荷载却快速增大．以致护套的保护作用达到极限，此时护套中的“钢丝饼■却“弹 簧”B经破坏。学生的试验结果与理论分析是一致的． 本项目在实际实施过程中．学生亦遇到一些困难．比如安全带是在突然受力的情况 下工作的，所以冲击试验是最能体现实际效果的。但是由于映乏设备等客观原因． 无法实施冲击试验。又进行拉伸等性能测试．但都没有得到良好的试验效果，经过 分析和反复实践，最终选择压缩实验来有效测试安全带的基本力学性能．在总结中 学生写到：“一个科研项目的展开．远非简单一个材料力学试验那样。试验原理与具 体操作方案在讲义中有详细介绍，这里从头至尾必须自我探索．通过问题的产生到 解决问题的思路，最终给出结果，确空培养了我们的动手实践能力和遇到困难时如 何解决问题的能力”。