时间：2023-03-23 15:11:55
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇材料工程论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
学生自主案例教学法”的含义“Web形式”是指在教学过程中，学生面对的对象不是教师，而是处于Web网络的虚拟仿真环境中，单人或多人合作进行设计成分或生产冶炼，Web网络系统自动记录学生操作的每一个步骤，教师通过前端软件观察学生的操作行为，实时回答他们提出的问题。“自主”是指学生学习的工程案例不是教师事先准备的，而是学生在仿真过程中自己得到的。由于学生掌握的专业知识和能力存在差异，使用的冶炼设备、设置的工艺参数和成分都不尽相同，因此得到的案例也不同，甚至很大一部分是失败的案例。“Web主导下材料工程类学生自主案例教学法”是在教师讲授专业知识的基础上，结合课堂教学内容，有针对性地给学生提供网络虚拟仿真平台，学生在平台内完成成分设计或产品冶炼任务，遇到问题可小组交流，提出改进方案。对典型个案，进行全班讲演，同时教师进行点评。该教学法以“任务”为主线，但不以“任务”的完成与否做为考核标准，提交的结果没有对错好坏之分，产生的结果不重要，结果产生的原因才重要。鼓励学生主动寻找可能出现的失常和事故，并运用所学理论知识去分析、去思考、去解决，强化对理论知识的学习渴望，激发学习的兴趣。
二、“Web主导下材料工程类
学生自主案例教学法”的实施方案在实施前，对实施的过程和步骤进行了认真分析，对实施方案的总体框架和实施具体步骤进行了设计，实施方案如下：第一阶段：规划。制定教学目标，确定实验班级。教材调整，确定讲授重点。以教师为主，包括课堂讲授的安排，讲授重点的确定，以及为学生编写模拟操作指导大纲等。第二阶段：执行。发动学生，明确任务。网络操作，案例设计。在线指导，提高案例质量。以学生为主，教师指导。使学生意识到自己的“工程师”角色，在虚拟仿真环境中动手操作，完成生产任务。教师可通过前端软件实时观察学生的操作行为，回答他们提出的问题并分析模拟结果。学生和老师之间、学生和学生之间在信息窗口通过文本进行交流。不同地点的学生可以组合起来，在同一个模拟模型中分别进行操作。第三阶段：分析和讨论。根据模拟操作记录，全班交流研讨，教师点评。师生结合，互动交流。教师从学生的操作结果中选取典型案例，让学生制作讲演课件，给全班同学分析自己的成功与失败经验，教师在交流中给予适时的点评，并进行成绩评定。第四阶段：总结。遴选优秀操作记录，编写示范案例。对学生的优秀设计案例进行整理归纳，为教师进行课62教学新思维堂多媒体教学时使用，也可作为学生课外预习、复习、自学的电子版的立体化教材。
三、个案举例
钢铁大学网站提供了钢铁应用、钢铁设计及冶炼等仿真模块，包括了现代钢铁生产的主要工序，可以为材料工程，尤其是金属材料工程专业大多数专业课程教学所采用。如在金属学材料学课程教学中，布置了一个生产任务：现收到一客户订单，要为一座海洋平台生产一种易焊接的高强度厚钢板，钢种的成份和工艺路线由生产方来确定。订单要求生产9000t的高强度厚板，钢板对机械性能的要求为：屈服强度，LYS＞375Mpa；抗拉强度，530Mpa＜UTS＜620Mpa；54J夏比冲击转变温度，ITT＜-40℃；屈强比LYS/UTS＜0.82。使用网站中关于海洋平台用中厚板钢的设计模块进行仿真。【学生自主案例】钢种成分的设计在工艺路线为50mm钢板中度控轧、25mm钢板轻度控轧、90mm钢板中度控轧的情况下，经过调试发现Cr、Mo、Ni、V可以不参与设计考虑范围，C、Si、Mn在一定的含量内变化，主要调节Cu、Al、N、Nb元素的含量改变钢材的力学性能，得到了满足客户性能要求的3种不同钢种。从而使基体强度提高，以及固溶体与运动位错间的相互作用，阻碍了位错的运动，从而使钢种强度提高；2号钢种N、Nb、Al含量较高，主要强化机理是：N与Te形成间隙固溶体，起到固溶强化；在钢中加入的Nb，Nb元素能形成碳的化合物、氮的化合物或碳氮化合物，在轧制或轧后冷却中沉淀析出，起到第二相沉淀作用；同时，N与Al、Nb形成氮化合物或碳氮化合物，能钉扎晶界，阻碍晶粒长大，起到细晶强化。3号钢种的设计是在2号基础上调试Al元素的含量，3号钢种Al含量较低。
四、总结
这一紧密联系生产实际课程内容的契机，改变以往重理论、轻实际的做法，在教学内容、方法及考核方式等方面树立并体现出“突出应用、培养工程能力”的教学理念。在新的教学理念指导下，培养学生正确选材及制定合理的加工工艺的工程应用能力为目的的指导方针，在教材选编、教学内容、方法等诸多方面进行深入地研究和探索。通过本课程的学习，使我校机械和近机械类专业的学生理解工程领域对材料的主要性能的要求、各大类材料的主要特征和各种热成型方法的特点，明确各类材料的相变规律及其组织-性能间的关系及材料加工工艺对组织的影响规律，掌握常用材料的组织、性能及处理工艺特点，最终能够对具体的零件结合具体工况做出正确、科学、合理的选材并确定出正确的加工工艺路线。为我校机类和类机类专业培养工程应用型人才提供必需、充分、有用的工程材料及其成型技术的基础知识和工程应用能力，使他们获得优秀的科学选材、用材和合理安排热、冷工艺路线的能力。
二、合理整合教学内容，构建新的课程知识体系
为使所授机类及近机类专业学生全面了解熟悉铸造、锻造及焊接等热加工工艺，增加“材料成型技术”部分。该部分涉及内容多，而新设置的工程材料及其成型技术课程与工程材料课程相比，课时仅增加8学时，这样必须压缩《工程材料》部分的内容与课时。我们遵循新的教学理念，合理地优化、缩减了《工程材料》偏理论部分的内容，淡化与核心内容关系不大的内容，强化基础理论。如：在“材料的力学性能”部分，删除材料的物理性能等内容；在“金属晶体结构”部分，删除立方晶系的晶面和晶向的表示方法等内容；在“合金结构钢”部分，删除微合金非调质钢、易切削钢及低淬透性钢。对白口铸铁的结晶过程及钢的表面淬火与化学热处理等内容仅作简单介绍。把金属的塑性加工部分合并到材料成型技术中的锻造部分；把典型工件的选材及工程材料的应用合并到零件失效、毛坯分析与材料选择部分。同时，丰富与后续课程、毕业设计及工程应用密切相关的内容，如铁碳合金相图、钢的热处理原理和工艺、钢的分类编号及用途等，增强学生对这些内容重点与难点问题的理解和掌握，夯实工程材料理论基础。为了培养学生的工程应用能力，使课程内容与工程实践相结合，挖掘平时在实际生产中的相关案例，通过与企业广泛联系，从中获得大量生产中的案例。如在“零件失效、毛坯分析与材料选择”一章，把从企业收集的案例，经过整理、分析后加入教材中。结合生产中的具体零件，在分析零件的工作条件、失效形式及对零件性能要求的基础上进行选材，制定加工工艺路线。这对培养学生工程应用能力大有益处，为他们将来从事机械行业的生产加工，打下了良好的基础。课程始终贯穿材料的成分-组织-工艺-性能之间的关系这条主线。以性能为起点，分部讲授成分、组织和工艺对性能的影响，最后通过学习铁碳合金相图和过冷奥氏体冷却曲线，综合讲解成分、组织、工艺与性能间的关系,让学生牢固掌握“材料的性能取决于其成分、组织和工艺”的观点，这样就变分散为集中,变模糊为清晰,以利于学生建立完整体系的概念,保证了教学内容的基础性和系统性。据此，将课程内容分为工程材料基础理论、常用工程材料、工程材料成型技术基础和工程材料的应用及成形工艺的选择四大模块,实行模块化教学、突出材料的工程应用,并对各模块的内容做了精心挑选与合理调整。
三、综合运用多元化教学方法和手段，提高教学效果
在课堂教学中，为使学生能够在听课过程中主动思考，紧紧跟上教师的讲课思路，采用案例法、启发式、问题授课法、研究式与讨论式等教学方法及这些方法的组合。如讲授加工硬化这一重要概念和内容时，先在课堂上用举例法演示用手弯曲铁丝感到发热和越来越硬的现象，用问题授课法提出产生该现象原因这一本质问题，接着揭示变形中其材料内部的组织结构的变化，然后让学生分析由此带来哪些性能的变化，以此解释加工硬化的成因。多种教学方法的应用，有效地激发了学生对本门课程的学习兴趣，提高了学习的自觉性和主动性。提出并初步实施了工程材料及其成型技术课程的一种新的教学方法-关键词教学法[。针对工程材料及其成型技术课程内容庞杂,概念繁多且课时短的特点，提出了关键词教学法。从基本概念、章节以至全课程中提炼关键词，并将它们有机地结合，将零散的知识结构化，形成关键词网络，构建出课程的基石和框架。初步的教学实践证明，这种方法有利于学生理解记忆，对提升他们的提炼、概括等学习思维能力大有益处。在教学手段上，课堂教学板书讲授与多媒体演示并重，在便于学生理解记忆的基础上，构建出图文并茂、声情融会、动静结合的教学环境。如用板书法讲解相图中的杠杆定律、二元合金相图与Fe-Fe3C相图的结晶过程等内容，可以充分展现逻辑思维全过程。晶体结构、缺陷和结晶过程等应用多媒体技术，可以充分展示三维立体的晶体结构特征与缺陷形貌及形成机理，动画演示由液态到固态的结晶过程，增加了可视性与趣味性。
四、改革实验教学的内容与手段，培养学生的工程应用能力和创新能力
为提高学生的工程应用能力和创新能力，适应创新性人才培养的需要，对工程材料及其成型技术课程的实验进行全新的改革与设计规划，包括类型、方法及考核方法等。按照教学规律，划分实验层次，整合实验内容，理顺实践过程，减少验证性实验，增加综合性和设计型实验。课程设置三个实验，即碳钢硬度测定及热处理、铁碳合金组织观察和零件的选材、热处理、性能测试与组织观察。“碳钢硬度测定及热处理”为基本技能型实验，通过该实验，学生能够对工程材料及其成型技术课程实验中所涉及的设备与仪器有一定的了解，有利于他们熟练地对这些设备与仪器进行操作。“铁碳合金平衡组织的观察”为验证性实验，是为更好地理解和掌握铁碳平衡相图而设置的。“零件的选材、热处理、性能测试与组织观察”为综合、设计型实验，目的是让学生运用所学的材料及成型技术的基本原理，综合分析给定零件的力学性能指标，以此选择材料、热处理及性能检测设备，制定出相应的热处理工艺并完成金相试样制备、组织观察、硬度测试及热处理操作等实践环节。这一综合、设计型实验不仅要求学生掌握课程中相关章节的内容，而且必须针对具体零件的特点进行全面分析与综合，这样选择的材料和制定的工艺才能合理。这对于学生分析问题、解决问题能力的提高是大有益处的，也为他们毕业后尽早胜任企业相关的技术工作创造了条件。
五、实施多种课程考核方式，充分调动学生学习的积极性
1.上好绪论课程，引入团队合作理念
在以往的绪论课程中，只讲授课程的学习内容，学习特点，学习方法等，在团队合作模式学习中，还要向学生介绍团队合作理念，团队的价值，例如：中国有古语“三个臭皮匠顶个诸葛亮”，自然界有“大雁团队”，牧羊犬的作用等等，通过讲寓言故事、职场故事让学生们接受团队的概念，认识团队合作的重要性，使学生能够积极主动的参与到学习中来。
2.组建团队，提出要求
采取组内异质，组间同质的模式组建团队，同时要求学生完成以下任务：选出一名组长、起个鼓舞人心的组名、写出小组的《学习公约》、确定小组学习目标。
3.设置小组竞赛式的课程形式，提升学生学习兴趣
在授课过程中，采用小组竞赛的课程形式，实行积分制，包括加分制度和扣分制度。其中，加分是任何有利于课程学习的行为表现，例如，课题探究式提问，给予小组相应的思考和讨论时间，回答正确的给予加分；小组制作小教具给予加分等。扣分是任何不利于课程学习的行为表现，例如：迟到、缺勤、早退等。核心知识点的讲解通过组织小组之间的辩论或互判作业等形式形成竞争，准备充分的、正确的小组加分，对抗失败的小组不得分。通过此种方式强调学习重点，通过竞争，提高了学生的学习兴趣。
二、团队合作中的几个重点
1.多方位指导团队合作学习过程
通过课上穿插、课后辅导、预留作业（包括预习作业、思考作业、小组作业、个人作业和趣味作业）等形式，使学生在学习本门课程知识的同时，了解团队合作的科学程序、组长与组员的权利与义务、团队内部的沟通与协作以及要达到目标所需要的要素等问题，合理规划团队合作的各种载体是团队合作模式学习成功的重要因素。
2.教学评价
定期地对团队合作小组进行评价，并反省在小组活动中，同时作为课程成绩的一部分。该课程每位同学的平时成绩由以下几部分组成：实验成绩（30%）+平时作业成绩（20%）+小组成绩（30%）+小组组长打分（20%）。
三、课程改革成效
公路工程这一范畴内，工程材料特有的购进流程，是项目执行固有的根基。供应链管控这一流程中，如上的环节，要经由长时段的规划，妥善予以定位。预设的各个环节，都要调和库存关系。公路施工这一路径下，施工原料购进，要预设统一安排，并妥善去管控和调度。这样做，就回避了惯常见到的管控混乱。上游物资特有的采集安排，要分出步骤去创设；入库以后的原料，要分出类别，予以管控和协调。供应原料购进，要依循特有的方式，去创设可用的供应链。这样做，是实践范畴以内的必备要求，也考量了现有的真实需求。采购路径下，可以预设采购特有的反应机制，以及物料特有的快速投递。如上的快速机制，带有迅捷的总特性，能限缩耗费掉的供应时间。除此以外，还要预设可靠的、稳固的集群机制。
二、信息管控的运用路径
最近几年，高新技术带有延展的总倾向；现代范畴内的信息技术，正在被延展接纳。供应链管控的路径，是电子商务这一体系，在采购路径下的广泛运用。实效明显的管控手段，很难脱离开现有的现代信息。预设可用的网络平台，经由信息的互通及分享，再考量预设的企业目标，就能创设原料供应特有的体系平台。在这样的根基上，逐渐接纳优化管控的多样手段。如上的流程，是渐渐延展的历程，它要依托特有的电子技术。现代企业预设的经营目标，突破了惯常见到的需求路径。这是因为，现代范畴内的信息技术，打破了惯用路径下的时空限制，能快速延展信息，并妥善运送这一信息。这样做，就促动了采购成效的提升。除此以外，现代范畴内的信息技术，在供应管控这一流程内，能够限缩耗费掉的多样能源，也助推了采购管控的执行效率升高。供应链管控的可用保证，就是信息的延展。
三、预设的供需安排
3.1导向架构下的总安排
公路工程特有的施工路径下，原料的供应，带有本源的地位，是供应管控的侧重考量要素，也是本源的安排。供应链管控预设的向导安排，要考量最优情形下的金额占用，以及特有的采购方式。执行时段内，也要预设购进原料的特有比值，以便接续的运用。在预设的导向安排以内，人员及耗费掉的金额，要能被衔接并调动。在提升原初速率时，还要优化原初的目标成效。
3.2供需路径下的最优搭配
公路工程特有的施工进度，应搭配着带有高效特性的、快捷的管控途径，以便管控原料的购进。对公路施工这一范畴的企业，供应链特有的管理，是最便捷的。然而，在真正接纳了这一办法，予以采购时，还要预设采购环节、接续库存环节的向导，也即这些环节特有的最优安排。先导性的这些安排，要注重施工路径下的独特需求、购进原料现有的供应态势、接续的库存管控。在衔接着的链条以内，后续时段的库存优化，是最优搭配这一范畴的核心路径。公路工程预设的仓库，很难与现有的需求契合。除此以外，若要延展原初的仓库库存，则要顺带添加原初的管控经费，以及耗费掉的占用资金。这样一来，可用的流动资金，就带有递减的总倾向，这就没能与预设的目标契合。为此，供应链管控要明晰现有的施工状态，采购范畴内的订单、供应商现有的状态、施工场地现有的管控状态，都要被辨识和考量。如上的新模式，带有时空的特性，要依循公路工程特有的现状，选取可用的最佳模式，促动管控成效的延展。
四、结束语
1.1材料管理特有的疑难
1.1.1采购流程的管控弊病
（1）没能经由审慎的预算，或虽经由预算，但没能拟定可用的购进规划。有的单位制备了关联的规划，却随便去实施。
（2）没能签订明晰的购货合同；签订合同依循的流程不合规，凸显了偏多的暗箱操作。
（3）没能审慎把握材料关口。
1.2.2领用流程的漏洞
（1）没能预定消耗数额，随便去分发采购进来的材料，缺失内部范畴的管控途径。
（2）对周转时段内的各类材料、价值偏低的耗费物品，经由出账以后很难再去查验。
（3）领料以后，关联人员常常变卖这样的原料，或损毁并耗费偏多的原料。
（4）串通态势下的发票虚开；没能经由报销许可，就擅自去出账。开具出来的发票，没能含有实质特性的任何内涵。这就添加了耗费掉的原料成本。
1.2原料存留中的漏洞
（1）没能审慎管控，缺失防盗防火特有的关联知识。
（2）堆放着的原料凸显出混乱的态势，没能给出明晰的标识卡片，也缺失可辨别的这种标识。
（3）材料平日以内的收发流程、接续的领取及退换，缺失制备出来的台账；季度时段内的收支，也没能折射在动态特性的台账以内。
（4）仓管人员互通原料购进关联的人员，虚开这一范畴的单据，存在潜藏着的串通作弊。仓管人员预设采购流程以内的各类难题，企图刁难关联着的原料方，索要各类费用。
1.3管控中的其他弊病
材料管控中的各类漏洞，除了如上的漏洞之外，还可以分出这些层级：部门之间没能审慎予以分工，缺失内部互通及调和；材料管控关涉的环节，没能互通与协调，管控人员常常去推诿责任，凸显出彼此扯皮的倾向。国有特性的施工企业，依循自身特有的声誉去接纳工程。这样的企业，通常设定单独态势下的项目部；材料管控这样的部门以内，只安排单一的管控主体。这样的态势下，材料管控凸显出没能兼容的岗位，也由选出来的单独职员去承担。平日以内的材料收发、退货及存留这样的流程，都经由单一的职员去经手。这就潜藏着舞弊的时机。
2现场范畴内的有序管控
2.1公路工程施工准备工作
在公路工程施工之前，应该尽可能的在工程项目的靠近地点设置堆料场，这样能够有效地避免重复搬运，从而降低成本。要严格按施工组织平面布置图进行现场堆料，不得乱堆乱放。另外，堆料场应该具备宽裕的所容量，能够满足各种材料的实际堆放需求，堆料场还应该具备便利的交通条件，这样便于装卸，还应该有一定的防火防雨和防潮措施，并且与材料管理安全要求相符合。保证材料质量。材料质量的好坏是决定工程质量好坏的关键，应认真把好材料质量关，确保工程质量优良。材料运到工地后，施工企业（项目经理部）应认真组织人员层层把关验收。验收人员认真清点、核对材料数量、规格型号，并索取相关材质证书，检验材质是否符合合同规定的要求标准，对残、次、劣货决不入库。材料进场验证不齐或对其质量有怀疑时，要单独堆放该部分材料，待资料齐全和复验合格后，方可使用。一些特殊材料，例如电焊条和水泥等，虽然也具备一定的合格证明，实际上外观异常甚至已经过了使用期限，应该进行重新检验，只有检验合格，才能进行验收。对于周转材料，应该根据租用合同包含的计量方法和具体内容进行认真验收。根据规格和型号对构件实施单位体积的具体计量验收，这样能够确保，进场材料具有准确的数量。
2.2公路工程施工过程的材料管理
所谓施工过程中现场材料管理，就是从材料进场一直到具体使用材料的过程，这也是材料管理工作的中心环节。整个施工过程，就是转化材料物质价值的过程。所以为了降低工程成本，增强经济效益，需要对材料使用进行严格控制，对材料进行有效地利用。工程人员需要按照施工组织设计和施工图纸，对材料进行合理的使用，对于使用过程中的材料信息要进行及时的反馈，对定额消耗情况，进行认真的考核，减少浪费，对于废料进行及时回收。避免出现二次搬运的情况，降低使用材料费用。具体应该从以下几方面入手。
（1）做好领料手续。在工程施工中，进行施工材料领用的时候，相关的领料人员应该根据单件、分项工程的负责人和技术部门签发的文件，按照施工计划计算材料实际消耗数量，然后到仓库管理部门进行领料手续的办理。
（2）领料数量控制。对于耗用材料的实际数量，应该以计算期内的材料实际用量为主，绝对不能以领代用，相关负责人应该对超额领料进行审核签认，对于超出原因要进行详细注明，对于已经领了但是没有使用的工程材料，需要及时地进行退库手续办理，避免材料浪费。对实际使用的材料和领用的材料进行抽检核对，严禁以次充好，偷工减料。
（3）对角、废、边、残料进行及时的回收处理对于一些用处不大的残料，应该及时回收处理，以降低材料成本。同时，对于劳保用品、低值易耗品和周转材料，不仅要办理领用正规手续，仓库的管理人员还应该设立专门的台账，并且进行及时的回收和摊销，对于丢失和损失的材料，要做到具体责任具体负责。
2.3施工竣工阶段的材料管理
在公路工程的施工收尾阶段，也就是即将完成建设任务的阶段，并且即将开始新的施工任务，也是现场施工材料管理的后期阶段。在这个阶段内，也需要做好材料的现场管理，具体应该做到以下几个方面：
（1）对公路工程的现场存料进行认真检查，对没有结束的工程用料进行全面估算，在保证平衡的情况下，对原材料的实际用料计划进行适当地调整，补充不足、削减多余。
（2）对于一些已经不使用的工程临时设施，应该组织进行及时的拆除，并且有效地利用拆除后的工程材料，避免出现二次搬运的情况，尽量减少装卸费用和运输费用。
3结语
根据上述结构形式、材料以及初步估算的结构尺寸，建立分析模型。依据机翼结构的对称性及载荷对称性可得边界：机翼与机身连接处的节点有节点位移δx=0、δy=0、δz=0。整个模型共500个节点，1643个单元，4套外载荷，10个气动分区，205个气动小块。分析模型见图2。
满应力优化设计
满应力设计是通过划分结构设计区和选择关键元的方法实现的。设计区中包括若干个有限元件，从诸元中选出有代表性的元件作为关键元，只对关键元进行强度比再设计。计算时可将结构分为设计区和非设计区。每个设计区受一个变量控制，通过再设计得出各设计区中诸关键元新的尺寸A（k）ij后，再从中选出最大的作为该区的统一变量D（k+1）ij（i∈某区，j∈该区的关键元），然后考虑最大、最小变量约束，再进行下一轮迭代，这就是通常所说的结构元件尺寸（A）与设计变量（D）之间的耦合关系。对非设计区，将不指定关键元，在设计中该区元件尺寸不作改变。
满应力设计的初始设计值取工程估算法估算的初步值，设76个设计区、646个关键元、164个设计变量。表1给出了满应力设计结果。结果表明，经7次迭代收敛，结构质量明显下降，结构减质量24.478kg（14.3%）。经过满应力设计后，各设计区尺寸得到调整，主要体现在缘条面积下降（有的还退回最小限），蒙皮局部厚度增加，总体分布合理。
数学规划法优化设计剪裁
在满应力设计的基础上，用数学规划法进行多约束优化设计，获取满足各种设计要求的最终设计，具体来说是将优化设计归结为求解下述数学规划问题：寻找一组设计变量其中：（fX）为依赖于设计变量向量X的目标函数；gj（X）为性状约束函数；xLi和xUi分别为设计变量xi的下限与上限；m表示设计变量数；n表示约束数。进行数学规划法设计首先要确定约束限，需要把满应力设计结果值返回分析模型，根据再分析结果确定约束限。这里考虑把主翼盒设计成强缘条薄蒙皮的结构形式，初始141.23kg的结构质量也可以接受，因此将满应力设计结果值返回时，局部调整设计变量的下限，使缘条面积不再下降。结构进行再分析，计算结果为：U245653mm，f16.8Hz，η0.81，vF252.3m/s，W141.23kg。
从满应力设计结果，结合结构质量要求、强度要求、以及颤振包线，最终规定出数学规划法设计的约束限为：1）位移约束1个，翼尖后缘点的Y向位移值U245≤628mm；2）振动约束1个，f1≥6.9Hz；3）静弹约束1个，内、外副翼俯仰效率η≥0.815（Ma=0.8，13km）；4）颤振约束1个，vF≥300m/s（海平面）。
数学规划法设计设有50个设计区、122个设计变量（设计区为主翼盒段的上下蒙皮、纵向梁缘条和梁腹板）。表2给出了在位移、振动、颤振约束下的最小结构质量设计结果。可见，经4次迭代后，全部满足约束条件，结构质量仅增加10kg左右，而位移降低72.3mm，颤振速度提高了47.66m/s（占18.9％），充分表明优化设计后结构效率明显提高。多约束优化变量收敛后，从优化尺寸分析看，内外翼转折部蒙皮的±45°和0°铺层厚度都明显增加，这种尺寸分布可以提高结构的弯曲和扭转刚度，对综合满足多种约束条件有利。为进一步说明±45°、0°和90°铺层比例对结构弯曲和扭转频率的影响，详细分析了在相同铺层厚度的情况下，机翼振动、颤振特性随蒙皮不同铺层比变化情况，见表3。
表3中f1、f2、f3、vF分别对应结构的一弯、二弯、一扭频率和颤振发散速度，可以看出，在相同铺层厚度的情况下提高±45°铺层比例，可有效提高结构的扭转频率，从而提高结构的颤振速度。
结论
1.1BMSCs概念及其特点
间充质干细胞（MSCs）是一类来源于中胚层的具有自我更新及多向分化潜能的干细胞，广泛分布于骨髓、脐血、外周血、胎盘、胎肝、胎肾、胎肺、软骨膜、骨膜、脂肪及肌肉等组织中。BMSCs具有长的突触，最易获取，因此是目前用于MSCs研究的主要来源。MSCs在特定的条件下可以诱导分化为跨系，甚至跨胚层的组织细胞，成为现代组织工程学中理想的种子细胞；同时，MSCs易于导入外源目的基因，易于外源基因的转染和表达，因此也成为基因治疗的首选细胞。
1.2BMSCs的体外分离和培养
目前分离纯化BMSCs的方法主要有4种：（1）贴壁筛选法；（2）密度梯度离心法；（3）免疫磁珠分离法，但后2种分离法价格昂贵、操作复杂，其应用受到了限制；（4）流式细胞仪分选法。二维培养技术已普遍采用，尽管逐步得到改善，但仍存在难以克服的缺点：（1）贴壁的表面积有限，细胞产量低；（2）无菌操作过程繁琐，容易污染；（3）代谢产物逐渐堆积，排除不及时易引起细胞生长不良甚至退化；（4）细胞离开了体内同细胞外基质共同构成的三维立体结构，生物学行为受到影响，容易变异。因此，有人提出三维培养的设想。1998年，Qiu等对鼠骨髓基质进行三维培养。Glowacki等用胶原海绵作为载体进行三维灌注培养，减少了代谢产物的聚集，结果发现细胞外基质含量提高，所培养的细胞活性和功能均加强。大载体生物反应器已成功用于某些植物和动物细胞的大规模离体培养，能否将其用于BMSCs的扩增培养，并形成产业化，从而满足细胞工程和基因工程对种子细胞量的需求，还有待于一些问题的顺利解决。
2简述脱细胞基质（ECM）
2.1ECM的特点
ECM是应用物理或化学方法将异体或异种组织进行脱细胞处理，从而去除组织移植过程中引起排斥反应的相关抗原，以用于修复损伤组织的一种新型生物材料。ECM在生物补片材料领域具有重要的研究价值。ECM在组织学方面，它较好地保留了细胞外基质的主要成分和结构，为其植入体内修复缺损组织提供了物质基础。从猪小肠（SIS）制备的具有显著的组织来源特性，经常作为ECM支架的原型参照物。在冻干状态下，SIS含有90%的胶原，其中最主要的是I型胶原蛋白，并含有少量的III、IV、V和VI型胶原成分。猪膀胱制备的脱细胞膀胱基质（UBM）和SIS含有的胶原类型相同，但III型胶原含量稍多一些，并且UBM含有基底层特殊成分：VII型胶原，该型胶原是UBM区别于其他ECM的显著特点。在免疫学角度，它清除了具有强抗原性的各种细胞，所以组织抗原性明显降低。同时它具有良好的组织相容性这一生物学特点。不同组织来源的ECM显然具有不同的特性。目前ECM的应用方式有以下三种：（1）直接替代；（2）做为组织工程的支架材料；（3）埋植充填。ECM作为支架材料近年来发展迅猛，展示出强大的生命力及临床应用前景。并且已有应用于临床试验的报道。
2.2ECM的制备方法
含水的组织薄片可以直接用于支架材料；数个含水的组织薄片可以经真空压缩成一个多层的支架材料；含水的组织薄片也可以冷冻；冻干的薄片可以经粉碎制成微粒形式的材料；这种经粉碎的材料可以经胰酶消化制成液态的材料，可以再聚合成凝胶或者可以与合成聚合物聚合成一种混合的支架。但常用的为酶消化法、渗透溶液法和去垢剂清洗法。去垢剂多采用聚氧乙烯辛基苯基醚（Triton-x100），胰酶多采用乙二胺四乙酸（EDTA）。
3BMSCs与ECM构建组织工程材料
3.1BMSCs与ECM构建组织工程材料的可能性
组织工程学是近年来新兴起的一门学科，受到了科学界的广泛关注。其核心是利用组织工程学技术与生命科学的成果，将活细胞与生物材料结合，修复、重建、维持、恢复或提高人体组织的功能。理想支架材料应具备以下要求：（1）有良好的组织相容性；（2）生物可降解性；（3）无免疫原性；（4）多孔性和高空隙率，利于细胞的黏附和生长，诱导组织再生；（5）可塑性；（6）有一定机械强度。ECM作为一种天然细胞外基质生物材料，几乎具备以上各种生物特性，ECM是种子细胞及再生相关分子复合良好支架，保留了细胞外基质的生理结构，为种子细胞的种植提供了良好的三维空间结构和生长环境。种子细胞可以进入脱细胞后，与ECM成分相互作用，产生新生组织。植入体内后，干细胞能在体内分化、增值，理论上能丰富组织细胞和组织结构，解决组织修复不足的矛盾，提高远期效果。因此作为种子细胞的BMSCs与ECM构建是较理想的组织工程材料，具有良好的应用前景。
3.2BMSCs与ECM构建组织材料的特性
3.2.1生物相容性生物相容性是基质
材料在应用前首先要解决的问题。细胞与材料的黏附是体外构建组织工程的前提和基础，细胞必须与材料发生适当的黏附，才能进行迁移、增殖、分化及生物学活性的表达。Zheng等通过体内植入法证实脱钙骨基质与BMSCs具有良好的生物相容性，且具有体内成骨及成软骨能力。Wang等将BMSCs与完全脱钙骨基质在体外诱导培养成纤维软骨组织，结果显示完全ECM为多孔结构，孔隙较高，可提供宽大的内表面和空间，利于细胞的黏附和生长，镜下观察可见细胞良好地黏附于支架上，显示出良好的生物相容性。
3.2.2诱导活性
Li等研究发现，脱钙骨基质具有良好的软骨诱导活性，软骨细胞共同培养后基质中有较多Ⅱ型胶原表达。Mauney等发现三维的部分脱钙骨较其他合成材料具有更强的骨诱导活性以及促进人的骨骼间充质干细胞分化的能力。
3.2.3ECM的生物力学特性
胶原纤维的构型因素对ECM支架的生物力学性能的影响非常关键，其排列和组合方式是由原组织器官的功能所需决定的。Sun等制备的脱细胞骨基质在力学性质方面，较新鲜未脱细胞骨基质稍减弱，但两组在弹性载荷、破坏载荷、弹性模量方面差异无统计学意义，说明脱细胞过程对骨松质力学性质无明显影响。也有以新鲜猪肋骨为原料制备脱细胞骨基质，该材料的载荷-变形曲线显示，得出材料的弹性模量显著增加，但其压缩破坏负荷、破坏极限、压缩极限及极限比率等均有减少和降低，但与新鲜骨组织差异无统计学意义。也有用NaOH消蚀法制备脱细胞真皮基质，进行抗张力试验，将ECM片与Marlex网（来自美国巴德公司）裁剪成2cm×3cm大小的平片，置于夹持器上，以50mm/min拉伸，记录拉至补片完全断裂时所用的力。将单独ECM片与Marlex网行抗张力试验发现：Marlex网的抗张力高于ECM。但植入体内5周后，ECM筋膜组织的抗张力高于Marlex筋膜组织。与文献报道相似。当对SIS进行双轴力学性能测试的时候，其纤维排列方式使SIS显示各向异性的力学特点，在纤维纵轴方向上具有很好的张力和切向力。加上外力后，ECM内的纤维排列会发生变化，不仅是胶原纤维从典型的弯曲状态变成直线状，而且纤维还可以向张力方向发生扭转，只要在支架可承受的范围内，这种扭转是可以回复的，而且可以通过简单的仿射模型对支架胶原排列变化进行预测。但是过强且不对称的张力会造成扭转的不可回复，从而造成支架的整个生物力学特性的改变。
3.2.4ECM植入体内后的力学性能变
化植入体内后，ECM的机械性能会发生变化，这种变化和材料降解率、植入部位组织微环境和机械微环境关系密切，另外还和新生细胞种植并生成新细胞外基质的速度和范围相关。一些研究表明：植入后短期内，由于ECM在体内的快速降解，会导致承受张力能力下降，这在大鼠膀胱和肌腱的替代实验中，进行ECM的体内降解定量测定，均得出了类似结果。降解同时发现新生组织的替代，在重建的早期，降解较快，但新生的ECM组织却未能完全替代，因此导致最初的力学性能下降。但是，一旦迁入的细胞定植后开始在ECM上扩增，则产生快速的ECM支架重构，从而支架强度和力学性能重新获得改善。
4盆底重建中的应用
1)涵盖内容繁多、逻辑关系较差。本课程学习内容涵盖了无机材料、有机材料和复合材料等研究领域，包括了各类材料组成、性能及其影响因素、技术要求以及质量检测和控制等等;各类材料性能各异且用途不同，因此各章之间联系较少，导致逻辑关系不强。2)内容叙述性较强。教材内容涉及到与各类材料、工程密切相关的试验资料、实践经验和技术标准，偏重于叙述性，基本概念多、经验性的内容多，因此学生极易感觉到杂、乱、枯燥乏味，甚至产生厌学心理，影响学习效果。本课程具有很强的理论性和实践性，除了应抓住重点学好理论知识以外，还应重视实践环节，为此，本课程开设有多个学时的实验课，旨在通过动手实践，加深和巩固对理论知识的理解，培养学生对土木工程材料的检测技能。
2土木工程材料实验教学的传统模式
大量调研表明，多数高校土木工程材料实验的教学模式表现为“灌输式”，实验性质基本为验证类，综合类、设计类和研究类实验较少，具体表现如下:1)开展形式:多以分组。高校本科学生基数较大，实验教学多为分组进行。2)指导模式:授课教师的讲解和演示。每个实验小组的人数较多，学生通过演示实验观察实验过程，了解实验的基本操作流程。3)实验项目:根据实验教学大纲确定。一般只限于教材中规定的特定实验，其中验证类实验所占比例过大，而设计类和启发类实验相对较少;且考虑到实验学时的设置，实验过程较复杂、耗时较长且耗资较大的实验，实验教学尽量不涉及。4)实验教材:实验教师根据实验教学大纲编写实验指导书。实验过程中，学生根据指导书的实验目的、实验方法、实验要求、所用仪器设备进行相关实验即可。5)实验报告:近似或者雷同。不同层次的学生所做的实验项目相同，做相同的实验，得到近似的实验结果，一组或一个班写出基本相同的实验报告，不能充分调动学生的学习兴趣和积极性。
3“塔式”实验教学模式
基于兄弟院校土木工程专业实验教学改革的成功经验，结合现有实验室的条件，遵循层次化、模块化的指导思想，对土木工程材料实验教学模式进行改革探索，分三阶段逐步提升的“塔式”方式:基础设计阶段、对比分析阶段与后期处理阶段。1)基础设计阶段:将一个行政班的学生分组后，要求其根据与本次实验项目相关的多种工程材料进行实验设计，且将设计方案在实验之前上交给实验教师审批，待审批合格后方可安排实验。这一阶段可以让学生根据实验目的，自行设计实验，使学生由被动变为主动，培养学生自主探究的能力;2)对比分析阶段:同一批次实验结束后，实验教师组织学生分别汇报实验设计方案与实验现象、结果，要求学生分析不同小组的结果并找到原因，可以增强学生分析问题和解决问题的能力;3)后期处理阶段:待同一个实验项目全部结束后，实验教师将本年度所有批次的实验方案与结果公布后，要求每个同学对本项目进行总结，并以此作为实验部分的考核。下面以“胶凝材料(水泥)的基本性质”为例，详细说明一下“塔式”教学模式。1)根据理论课进程，实验室要及时备好不同标号的水泥。实验教师通知学生进行实验方案设计，学生根据实验目的，每个小组选用不同胶凝材料设计方案。根据已经审核的实验方案与实验指导书，严格按照实验操作逐步完成水泥细度、水泥标准稠度用水量、水泥凝结时间、水泥安定性与水泥胶砂强度等实验内容，并做好相关数据的记录工作。2)同一批次实验全部结束后，各小组通报实验材料的选择与实验结果，要求每小组成员做好记录，并引导学生回顾理论课程中的相关知识，分析不同胶凝材料的性质，加强学生对理论课程叙述性知识的理解与记忆。3)所有班级本实验项目结束后，实验老师将所有小组的实验情况汇总并向学生公布，要求每人采用正交实验分析法对统计的实验结果进行分析，并结合理论知识对本次实验进行总结，与此同时，教师也可以对学生实验结果的统计数据进行分析总结，做好自己科研的支撑。
4教学模式改革效果
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