2015年西南交通大学大学生课外创新实验竞赛活动

西南交通大学第七届 “力学创新实验”大赛活动方案

---风车的设计与制作

 力学与工程学院

     2015年3月30日

2015年西南交通大学大学生课外创新实验竞赛活动力学与工程学院竞赛活动实施方案

前言

大学生课外实验创新竞赛活动，旨在培养学生的创新意识、创新兴趣与能力，提倡综合素养的提高和专业能力的进一步强化。

我院以国家级力学实验中心和应用力学与结构安全省重点实验室为依托，充分利用实验室资源，以不拘一格发挥学生创造力为竞赛活动主线，以充分做好“服务”角色为活动的原则，以“专业、新颖、前沿”作为命题的基调，在以往成功举办六届力学创新实验大赛的基础之上，今年又迎来了第七届“力学创新实验”大赛活动。

为保障活动的顺利实施，特制订本方案。

西南交通大学

第七届“力学创新实验”大赛

一、   活动对象

西南交通大学在读本科生、研究生

二、   组织与实施

主办：校实验室及设备管理处、科技处、教务处、学生处、校团委、力学与工程学院

竞赛承办：西南交大力学实验中心

竞赛协办：西南交大力学与工程学院学生工作组、西南交大力学与科技协会

三、   活动组织委员会

主  任：康国政

副主任：高芳清

委  员：金建明、高磊、唐怀平、李映辉、蒋晗、蔡力勋、鲁丽、杨翊仁、龚晖、江晓禹、葛玉梅、邢建新、范晨光、储节磊、罗会亮、牛瑛奎、张鹏（西南交大力学与科技协会）

四、   竞赛题目

风车的设计与制作

五、   竞赛内容及要求

    1、风车背景及简介

    风车，是一种将风能直接进行转化并利用的机械装置。人类对风车的使用历史久远悠长，很早就通过巧妙的结构设计与传动构思，使风车实现提重、推磨、灌溉等功能，直至近代利用风车获取清洁能源（风力发电机）。人类在风车使用的功能范围不仅不断创新，而且已成为人类社会活动的一种文明、文化象征。

    风车按照其旋转轴方向主要可以分为水平轴风车和垂直轴风车。水平轴风车的结构示意如图1，垂直轴风车的结构示意如图2。

图1 水平轴风车的结构示意图

图2 垂直轴风车的结构示意图

    在整个风车结构系统中，风叶是关键的部位之一。风叶的结构强度、刚度指标关系着结构运行的安全性和稳定性，其曲面造型、迎风角度直接关系到风叶的风能转化律。在风叶的设计中，一般选用强度高、质量轻的材料，外形则结合空气动力学，一般选用比较复杂的三维旋转曲面。

   2、竞赛内容

由竞赛工作组提供400mm×400mm尺寸工作板，轴承(见图3)、高密度滤网布（不限量）、竹子（竹筷，不限量）、胶水、细线、尼龙绳等必要材料及相关制作工具，参赛队通过合理的规划与方案设计，设计制作出：风车结构作品。

图3 预用轴承

特别提示和说明如下：

1）风车作品风叶旋转构件直径不小于300mm，旋转构件质量（不含旋转轴）不低于200g，风车的高度可根据需求自由设计，不超过1.4米。风车的形式不限，例如水平轴和垂直轴等均可。旋转构件为本次竞赛的主要设计构件，其余附属性功能结构、构造或者构件等均不做特殊要求，参赛队可依据风车的功能进行自由设计，例如塔管的构型，可以设计成柱状结构、桁架结构等等，只要能够起到竖向支撑、横向抗弯以及协调美观作用即可。

2）在风车制作设计的基础上，参赛队可依据所设计风车的功能（例如发电风车、取水风车或者其他功用的风车），围绕风车设计制作出相应的功能体系，整体或者局部设计制作均可，该环节工作可为整个作品起附加分作用。

3）风车作品需通过空气动力学检验，见图4。在3级风速下（5m/s），测试风车的转动速度，具体检验方式见附件1。

图4 风车空气动力学检验

4）参赛队在保证作品在结构造型与受力合理的前提下，可在工作板上布置与作品相关的结构氛围，用色彩或适当的方式渲染与风车使用功能相关的环境，以及提倡富有艺术性、创意性的构型。本作品以构思内涵与功能（附加分）富有创新、方案设计与合理性分析正确、结构体系合理并通过空气动力学检验、制作工艺精细、造型美观、答辩流畅等方面综合评分，按分值高低进行作品评选。

五、相关要求

    1）风车结构形式应突出其特色造型与力学特点，其附属构造物的设计应包含合理功用设计、环境协调性、结构安全合理性、艺术特色以及美学等理念。结构类型、体系复杂程度等均不做特殊要求；

    2）竞赛工作组提供工作板（400mm×400mm）1张、轴承2个、高密度滤网布（不限）、竹子（竹筷，不限）、胶水（1瓶）、细线、尼龙绳、细铁丝、美工刀（1只）、剪刀（1把）等。上述材料均由报名并通过初审的参赛队到指定地点领取；如有参赛队提出合理的其它材料要求，组委会经评估后力求满足；

    3）每个作品需有命名（例如：×××风车）与铭牌（参赛队员信息），合理表述作品比例、特色、参赛队组员情况等；

    4）作品要求布局合理，比例协调，环保；学生可对作品自行美化处理，可涂颜色，结构周围可合理装饰；对造型复杂的结构，在不影响美观与造型的前提下，应有预留观察窗口设计，使能看清重点的、特色的构造与设计创意；

    5）除模型作品外，每参赛队应提供设计制作报告1份，内容包括结构设计、构思等内涵及创新点说明，结构造型及功能介绍，结构受力合理性分析（仅做定性分析），活动体会与收获等；

    6）每队制作5分钟答辩PPT（提倡结合电脑或者动画，以图文并茂形式进行竞评表述与描述）。

六、评分项目及标准

评分项目分5项，项目及评分标准如下

1、设计制作报告（15分）：报告完整；含构思、方案、合理性分析、创新点等；

2、结构与功能（40分）：风车结构空气动力学试验检验、模型整体构型与功能新颖等；

3、制作与成型（35分）：制作工艺、型式美观、整体与效果、装饰等；

4、答辩（10分）：阐述、答辩流畅、队员合作与协作、团队精神等。

（上述评分项目及标准细则见本方案附件1、设计制作报告封面见本方案附件2）

七、赛事要求、流程与咨询

1、赛事要求：凡我校在籍本科生、研究生均可组队报名参赛，每组2～5人。指导教师由学生自主聘请或无指导教师均可。

2、竞赛流程：

1）竞赛发布：4月6日前后，学校发布竞赛活动海报。力学与工程学院（http:// www.dame.com.cn）、力学实验中心（http://exp.dame.com.cn）、力学与科技协会、等同时发布宣传信息。

2）西南交大力学实验中心设立赛事咨询与报名点：

X5107，4月7日～4月12日，（邢建新：66363623、13709096881）；

X5208，4月7日～4月12日，（张鹏：15708413042）

二食堂、四食堂咨询与报名点，4月8日～4月9日

3）报名申请表、竞赛方案申报表领取：

   4月7日～4月12日，咨询时领取或晚上7：00-21：00在X5208领取

4）申请表、竞赛方案申报表提交：X5208，4月8日～4月15日

5）参赛队确认、材料发放、竞赛资料发放等：X5208，4月16日～4月20日

6）初赛：时间依据赛事进展另行通知

7）决赛时间及赛场： 5月15日14：00-16：00；X5107。（比赛时间如有变动将另行通知）

3、竞赛辅导及服务

    为保证竞赛的顺利进行，西南交通大学力学实验中心将组织2次竞赛相关的专题讲座，并为有需求的参赛队提供开放的模型制作场地。

八、奖项设置 

1）竞赛委员会依据参赛队总数按比例设定各项奖项，预设特等奖1个、奖金800元/个，一等奖2个、奖金600元/个，二等奖4个、奖金400元/个，三等奖8名、奖金200元/个；同时根据作品评比结果，另设“优秀团队奖”、“创意设计奖”、“艺术制作奖”等；以上各项奖均由力学与工程学院竞赛委员会颁发获奖证书。

2)对获得特等奖的作品（部分优秀作品）由力学与工程学院竞赛委员会推荐参加校级优秀竞赛作品评选。

赛事附件：（附件为纸质，由资格审议通过的参赛队在X5208领取，报告封面登录力学实验中心网站下载：http://exp.dame.com.cn）

附件1：评分项目及标准细则

附件2：设计制作报告封面

附件3：报名申请表、竞赛方案申报表

                                             力学与工程学院

                                             2015年3月30日