焊接專業鋼結構節點設計基礎知識的三維課件的研究

Summary：文章主要針對昆明鐵道職業技術學院焊接智能技術專業鋼結構節點設計基礎課程，進行三維動畫課件開發研究。文中主要以鋼結構柱腳節點為特例，關于結構、型材、拼裝位置關系等內容用三維動畫效果進行制作，同步展示零件圖和構件的裝配圖，并進行相關設計內容講解。通過學生對節點動畫進行直觀觀察，可以更好的理解課程知識點。關鍵字：柱腳節點結構動畫型材參數為了學生能夠深入學習焊接知識，擴展對專業的深度認知，鋼結構節點設計基礎課程對于焊接智能技術專業的學生非常重要。通過學習鋼結構知識，學生可以深入認識焊接結構的用途，開闊專業知識的寬度，研究焊接對鋼結構生產的重要性，為后續開展鋼結構詳圖、鋼結構設計等方面的學習打下一定的基礎。我校焊接智能技術專業的《鋼結構節點設計基礎》課程主要包含典型鋼結構節點類型、節點構造、節點拼裝工藝、節點設計基礎等內容。學生通過學習，能對鋼結構生產焊接結構有一定的深入認識，掌握鋼結構節點的讀圖、繪圖及基礎設計的能力。同時也可以提高學生的學習積極性和對專業的認知度。隨著現代軟件技術的不斷發展，教學課件的制作也帶來了很多的方便。利用軟件制作的三維課件，重復或間斷的播放知識點動畫內容，可以有效彌補焊接專業現場教學和企業參觀。結合理論教學內容，文章以鋼結構柱腳節點（columnbasejoint）特例，基于三維動畫，詳實的對鋼結構節點設計基礎課程三維課件制作進行了分析研究。鋼結構柱腳節點特例動畫課件開發（一）、總體思路為了學生可以很快進入學習狀態，本課件主要以單層房屋鋼結構局部結構開始演示。然后進行零件-構件-總體進行演示，過程中配合零件圖、裝配圖的展示。最后通過工程圖紙進行課程內容講解完成教學。（二）、文中柱腳節點動畫介紹文中柱腳節點為通用鋼結構，主要用于教學，動畫結構解釋如下：1、文中柱腳節點為單螺母墊圈結構，節點采用預埋件焊接工藝進行加固，用于定位、抗震、防松等作用，文中不再進行解釋。2、調整螺栓及墊圈在專門章節中講解及演示，拼裝工藝動畫中沒有顯示調整螺栓及墊圈。3、文中主要體現動畫演示和教學效果，對某些專業知識沒有進行深入說明。4、動畫及單幀圖片中為了方便區別位置關系，動畫中的零件并非實際型材顏色。（三）、課件制作1、單層鋼結構房屋局部結構演示通過對單層房屋局部鋼結構進行360°旋轉進行演示，主要結構包括柱腳節點、梁柱對接節點組成（梁柱對接節點非本文章內容，文中不進行描述）。在演示中主要讓學生對節點，特別是柱腳節點進行觀察，視頻時長60秒，PPT課件可以反復播放，幀率為25幀/秒，視頻主要體現結構總體三維結構、節點位置及結構。通過旋轉三維動畫圖例，學生觀看視頻。主要觀察目的是了解單層房屋局部鋼結構。結束后展示圖片（如圖1）。兩種梁柱節點beam-columnjoint分別做簡單介紹，主要引出柱腳節點columnbasejoint位置，并開始引入本節課程內容。圖1節點位置介紹2、柱腳節點columnbasejoint總體展示把與節點相關零件組合在一起，形成柱腳節點總體模型。然后對整體模型進行由遠到近逐漸放大，然后對節點處進行360°旋轉，形成動畫，視頻動畫時間長度為45秒，幀率為25幀/秒，columnbasejoint視頻截圖如圖2。圖2柱腳節點columnbasejoint動畫截圖視頻播放觀察后，依據動畫，展示columnbasejoint節點單幀圖片各組成部分示意圖，包括所有零件：鋼柱（WI400-15-20*300）、肋板（PL20）、抗剪板（HI200-15-20*200）、螺母（PD84*21）、墊板（PL16）、基礎板（PL30）、調整螺母（PD84*21）、地腳螺栓（D42）等。主要通過視頻觀察各零件的組成位置及總體結構，圖略3、對主要節點零件進行三維動畫演示(1)、鋼柱動畫演示及講解視頻分為兩個階段：第一階段，整體顯示節點，一段時間后(動畫長度15秒)，除鋼柱，其他零件消失（此時開始持續顯示鋼柱型號WI400-15-20*300）；第二階段，鋼柱通過旋轉移動定格在截面形狀上，動畫長度30秒，幀率25幀/秒。動畫視頻截圖如圖3。圖3鋼柱WI400-15-20*300動畫過程截圖重復觀察視頻后，單幀展示鋼柱結構參數（如圖3），并按照標準進行參數內容講解（課程講授內容略）。（2）、基礎板動畫演示及焊接講解首先依然是顯示節點總體（PL30*600），基礎板上半部分，鋼柱、肋板、上螺母、墊圈、墊板等零件依次向上移動從節點分離；基礎板下半部分，地腳螺栓、調整螺母、調整螺母墊圈、抗剪板等零件依次向下從節點分離。視頻動畫時間長度為120秒，幀率為25，動畫截圖如圖4。本實例設置為45、60、120、150、200秒等不同時長進行試驗，通過教學實踐，120秒動畫時間較為合適，學生可以完全看懂視頻演示。圖4基礎板動畫截圖學生觀察視頻后，單幀展示基礎板結構參數（如圖），并進行課程內容講解（講解內容略）。如圖4。其他零件動畫展示及其他零件的三維動畫制作，同樣以節點總體結構開始，逐漸分離非展示講解零件，最后保留講解零件的形式。形成立體圖形與工程圖形結合，講解課程內容。因篇幅有限，不再一一介紹。4、柱腳節點拼裝工藝三維動畫及講解主要講解內容包括結構拼裝順序、安裝工藝、焊接工藝、裝配圖等。（1）、動畫設計首先顯示地面和混泥土，然后地腳節點構件(Columnbasejoint)中零件依照安裝順序下落組成節點，下落順序為：地腳螺栓-螺帽-基礎板和抗剪板組合-柱-肋板（調整螺母及墊圈與地腳螺栓為整體下落）。動畫長度240秒，幀率25幀/秒。下落動畫截圖如圖5。圖5柱腳節點（Columnbasejoint）拼裝工藝動畫截圖（2）、柱腳節點裝配圖講解該內容動畫制作包括正視、左視圖及俯視圖。因文章篇幅，只展示裝配俯視圖動畫演示及講解。依據柱腳節點三維圖形，立體圖翻轉一定角度，轉為裝配視圖方向，配合裝配工程圖進行講解。動畫長度60秒，幀率25幀/秒。動畫視頻截圖及裝配圖如圖6。圖6動畫單幀與裝配對比講解圖及基礎板肋板焊接位置圖結合動畫單幀與裝配對比講解圖，按照理論知識講解拼裝順序、節點結構及尺寸關系。因與本文無關，講解內容略。課程中，對比裝配圖紙，給出焊接位置及焊接工藝要求，進行螺紋和焊接拼裝工藝內容講解。本文案例中，涉及零件有基礎板圍焊位置、肋板焊接位置、鋼柱焊接位置、墊板點焊位置及相關螺紋連接位置等。因篇幅有限，本文只給出基礎板肋板焊接位置圖（如圖6）。（四）、綜述針對我校焊接專業學生，結合標準和技術規范，本文以鋼結構中柱腳節點(Columnbasejoint)為例，通過動畫和單幀圖片的演示，配合教學內容由淺入深的進行課程內容講解。使學生直觀觀察結構，更容易理解所學知識。通過教學實踐，學生的學習效果和后期的畢業設計質量有明顯提高。Reference：[1]《鋼結構設計規范》（GB50017—2003）；[2]《建筑鋼結構焊接技術規范》（JGJ81—2002）；[3]基于實踐能力培養的“鋼結構設計”課程教學改革研究[J].于明鑫,楊楠,佟舟.

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