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打薄竹材、对接杆件、粘接拉索……水土学院实验室里，三位少年正不舍昼夜，一遍一遍打薄材料、计算数据，设计结构、搭建模型、试验荷载，为第十七届全国大学生结构设计竞赛紧张准备着。

“我们设计的四柱框架结构，可以满足123种模型与加载参数组合，重量只有50多克！”在“构力杯”第十七届全国大学生结构设计竞赛总决赛现场，水土学院师生团队历时12小时，完成了作品的受力分析、结构设计和模型制作，并顺利通过水平荷载、竖向荷载及水平振动复杂工况下加载测试，荣获二等奖。这是学校代表队首次通过省赛选拔入围全国总决赛，实现了学校在此项目的历史性突破。

在训练与摸索中成长

结构设计是个 “精细活”，竹材要打薄到确定的厚度；杆件要确保做得直、没有薄弱点、连接处无虚接；模型组装要控制尺寸，不能出现半毫米误差；软件建模要精确内力分析。这需要丰富的结构设计经验与工艺制作经验。

水土学院学生孔野、郭仕豪、韩沛锐组成了此次比赛的参赛队伍，而在一年前备赛校赛时，他们却是结构设计的“小白”。“他们都是刚上大二的学生，结构力学等课程还未学习，工艺制作经验也相对缺乏，从校赛到省赛再到国赛，队员们凭借强大的自学能力和钻研精神一路突围，背后付出的是加倍的努力与付出。”指导教师尹航告诉记者。

万事开头难，队员们 “升级”的第一步从技能训练开始。“刚开始，我们基本上每天练习杆件的制作、竹材的打薄处理、节点的连接以及强化等，同时自学软件，利用有限元软件建模，掌握施加荷载后的内力计算以及形变量计算的方法。”队长孔野告诉记者，模型制作要求特别严格，一毫米的差别对结构和承载能力的影响都是巨大的，为此，团队坚持打好基本功，训练过程持续了整个备赛阶段。

基本操作学会了，还需要大量的结构设计与工艺制作经验。“制作的模型越多，验证的方案越多，尝试的思路越多，结构才越近于完美。”这是尹航对队员们的要求。“每个模型的制作时间都在12小时以上，在实验室里制作模型直至凌晨成了我们的家常便饭。”队员韩沛锐告诉记者。

备赛阶段，成功的经历很重要，但失败的经验更为珍贵。备战省赛时，队员们按照上一届国赛的赛题进行实战演练，模仿全国一等奖的模型进行制作，学习其中的巧妙结构与精湛工艺。“我们制作的第一个模型是一座两跨大桥，由两个桥墩通过数条拉索将桥面稳稳架在空中。但是我们第一次用竹材做模型，不熟悉竹材的强度，6kg质量块的小车通过桥面时，一根拉索过薄发生了断裂，从而导致了整座桥面的坍塌。”孔野回忆说。

虽然这个模型失败了，但是孔野与队员却很开心。他说，因为从这次尝试中，他们了解到了软件计算的重要性，以及模型制作前杆件和拉索性能测试的必要性，这是书本之外的经验知识。也正是在这一次次的失败与改进中，他们的参赛工艺越来越成熟，结构越来越稳定，模型越来越轻巧，所承荷载也越来越重。

一次次的推翻重来

每一次掌声都来之不易，背后是无数次的返工重造。

结构设计竞赛会设置几十种甚至上百种工况，参赛队伍需要现场抽签确定其中一种，这意味着，要想赢得比赛，设计模型时就要攻克每一种工况。于是，模型的反复试验，不断推翻重来便成了参赛队伍必须要攻克的难关。

“一个模型要做 20个小时，有时候上加载台几分钟就塌了，感觉很无助找不到出路。”孔野告诉记者，这是他觉得最疲惫的时候，但是绞尽脑汁想出解决方案并试验成功，又让他特别有成就感。

“省赛的前一晚，新制作的模型在4hz震动工况下出现了严重的共振问题，想到的方法都试过了，还是无法解决。”孔野说，他们紧急寻求了指导老师尹航与杨海波的帮助。

两位老师连夜赶到实验室，指导他们改变底座拉索在模型上的粘贴位置，改变各层的横梁强度，改变同层横梁不同强度……穷尽各种办法，尝试各种解决方案，“最后，我们通过改变第四层一根拉索的松紧程度，使模型整体出现扭动趋势，从而减小了共振。”凌晨三点多，团队悬着的心终于放了下来。功夫不负有心人，他们在省赛中如愿以偿地取得了一等奖，首次代表学校闯入了全国总决赛。

满足工况要求是赢得比赛的基本条件，而模型重量却是影响成绩高低的关键因素。只有模型质量越小，承载的荷载越重，得分才会越高。

“他们省赛的模型是 139克，这个重量其实已经非常轻了，但是到国赛阶段，重量就成了‘关键手’，必须要减重。”尹航说。

如何保证结构稳定、所承荷载不变的前提下，实现减重呢？“我们突然想起了王少杰老师提过的‘强柱弱梁’的概念，可以在结构中加强柱子的抗力和刚度，减弱梁的刚度和抗力，减轻梁的重量成为我们钻研的方向。”郭仕豪说，“减重阶段，0.1毫米的影响都是巨大的”。团队反复测试不同截面面积和不同厚度梁的承载能力，最终确定使用4×4毫米截面，材料厚度为0.2毫米的梁，成功减掉了原来梁的三分之二重量。此外，团队还缩减模型的整体截面，并将柱子材料厚度从0.8毫米减小到0.5毫米。

“我们的模型重量减了整整90克。”孔野说，“经过成千上百次的测试，我们熟练到用眼看就能察觉出材料的厚度，用手指摸就能感觉出竹杆0.05毫米的区别，用手掂就能知道模型轻了或重了零点几克。”

“舵手”掌舵行稳致远

船要行稳致远，离不开舵手操控方向，这支团队的成功离不开指导教师的指导帮助。

尹航是这支“小船”的舵手之一，2018年起指导学生参加结构设计竞赛，具有丰富的带赛经验。“尹航老师工程经验比较丰富，但是他不会直接告诉我们应该怎么做，而是启迪和发散思维，鼓励我们探索不同的解决方案。”郭仕豪说，在备赛过程中，尹航老师会定期检查模型制作情况，与他们一起完成加载试验，观察破坏过程、找寻破坏原因，提供中肯的建议和指导。

刘传孝在团队备赛过程中发挥着“百宝箱”的作用，他会尽力满足团队的各种需求，主动对接企业赞助，解决团队的加载设备与材料问题，为团队的实验开展提供坚实的物质保障。在学生备赛压力大时，他又会化身心理按摩师，给队员们加油打气，传授参加大赛应有的心态。

此外，还有王少杰、杨海波两位老师，引导团队解决结构失稳问题，指导团队对不同方案进行受力分析与计算。

事实上，这支团队取得的成绩不仅是师生全力以赴的证明，也是水土学院人才培养模式的缩影。“学院致力于打造以赛促学、以赛促教的培养模式，配备教师进行专业指导，鼓励学生在比赛中强理论、增本领。”学院副院长王少杰说。大赛不停歇，这项比赛结束后，水土学院将于近期开启下一年度结构设计竞赛的组织筹备工作，赛题已经拟定为“宜机化非对称日光温室结构设计与制作”。又一批新的参赛者将在比赛中磨炼成长，感受“前辈”走过的路。

“我们还想攀登更高的山峰，实现更远大的目标。”孔野目光坚定。载誉而归的他们正在为下一次比赛准备着。