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关键词： 工程教育   材料力学专业   专业认证   教学改革  

摘要： 基于工程教育专业认证“学生为中心、产出为导向、持续改进”的教育理念，以塔里木大学机械设计制造及其自动化材料力学课程为例，从课程目标、多元化教学模式、工程认证教学体系多方面，思考教学过程与考核结果中存在的共性问题，尝试提出解决方法和执行方案，以期在培养更高质量的工科人才的同时能够为课程教学改革提供参考。

关键词： 玻璃砂超高性能水泥基复合材料   力学性能   单丝拉拔   非均匀性   声发射  

摘要： 超高性能水泥基复合材料（ultra-high-performance cementitious composite,UHPCC）因其卓越的力学性能和优异的耐久性,已在工程领域中得到广泛应用。然而,UHPCC的关键原料之一河砂,随着建筑行业的快速发展,其消耗量不断增加,可用存量逐渐递减,在未来可能会出现无河砂可用以及河砂价格暴涨等问题。因此,探索河砂可持续的替代材料成为建筑工程行业亟需解决的问题。废弃玻璃砂凭借其成分中的二氧化硅含量、优异的火山灰效应和良好的工作性能等优势,能够有效地用于替换UHPCC中的河砂,以制备玻璃砂超高性能水泥基复合材料（glass sand ultra-high-performance cementitious composite,GS-UHPCC）。这一方面能够解决河砂短缺问题,另一方面还能够推动绿色材料、绿色建筑行业的发展,满足可持续发展的生态环保要求。 本文首先开展玻璃砂替换河砂后GS-UHPCC的物理试验研究,探讨不同玻璃砂粒径和不同玻璃砂替代率对GS-UHPCC基本力学性能的影响,探求最优的玻璃砂粒径和替代率。其次,选用最优玻璃砂粒径和替代率下的GS-UHPCC作为开展单丝拉拔试验的基体,探讨不同纤维埋深和不同加载速率对纤维和GS-UHPCC之间界面性能的影响。最后,采用有限元软件RFPA3D（Realistic Failure Process Analysis）,以最优GS-UHPCC为基体建立单丝拉拔三维数值模型,对单丝拉拔破坏过程进行仿真模拟,揭示基于界面控制下GS-UHPCC的破裂机制,并在细观上对物理试验结果进行一定的补充说明。 本文的主要研究成果如下: （1）采用玻璃砂替代UHPCC中的河砂以制备GS-UHPCC,通过开展力学性能试验,探讨不同玻璃砂粒径和玻璃砂替代率对GS-UHPCC流动性、抗压、抗折性能的影响,采用压折比和荷载-位移曲线定量表征GS-UHPCC的弯曲韧性和能量吸收能力,采用X射线衍射和扫描电镜试验分析玻璃砂在微观上的增强增韧机理。研究结果表明,采用平均粒径为0.27mm的玻璃砂以体积分数替代UHPCC中40%的河砂效果最好,替代后的GS-UHPCC养护28天后的抗压强度相较于未掺时提升了17.0%,抗折强度提升了14.8%,且流动性能优异,能量吸收能力最佳,微观结构最为致密,水化反应最为完全。 （2）基于玻璃砂的最优粒径和最优替代率,选取平均粒径为0.27mm的玻璃砂,替代UHPCC中40%体积分数的河砂以制备GS-UHPCC基体,开展单丝拉拔试验,揭示埋深变化和加载速率变化对最优GS-UHPCC基体粘结性能的影响机制,分析其荷载-位移曲线和拉拔性能。研究结果表明,在最优GS-UHPCC基体下,钢纤维的荷载-位移曲线可大致分为三个阶段;随着纤维埋深的增加,试件的极限拉拔荷载和拉拔能均增加,平均粘结强度和等效粘结强度下降;随着加载速率的增加,试件的极限拉拔荷载和拉拔能显著增大,平均粘结强度和等效粘结强度增加,荷载-位移曲线的波动幅度也增大。 （3）根据试件的真实尺寸,在有限元软件RFPA3D中进行等比例建模,开展以最优GS-UHPCC作为基体的单丝拉拔数值模拟,探讨埋深变化和加载速率变化对最优GS-UHPCC基体界面细观破裂性能的影响。研究结果表明,随着纤维埋深的增加,界面两侧应变的扩展减慢,裂纹扩展速度减慢,拉拔性能增强,声发射气泡从纤维埋入端传递至纤维埋置端,声发射气泡数量增加,累积声发射能量增加,而声发射气泡半径大小没有明显变化;随着加载速率的增大,纤维与GS-UHPCC基体之间的摩擦更为剧烈,界面裂纹扩展速率更快,纤维两侧GS-UHPCC界面破坏更加严重,声发射气泡数量和半径显著增大,累积声发射能量也显著增大。

关键词： 甲壳素   综合利用   力学增强   稀土复合材料   骨植入材料  

摘要： 近年来,随着不可再生资源的枯竭,越来越多的科研人员关注可再生生物质资源的开发和利用。甲壳素作为天然聚多糖材料,含量仅次于纤维素,具有生物降解性、抗菌性和生物相容性等优点。尽管甲壳素制备的骨植入材料表现出良好的生物性能,但存在力学性能不足,难以支撑缺损部位和降解过快难以以与新骨生长速度相匹配的问题。本文采用低温冻融法,优化制备条件,进一步制备力学性能提升和可控降解的甲壳素及复合骨植入材料,为可降解骨植入材料的研发提供基础。 首先,探讨了冻融时间、浸泡方式、复合材料种类和浓度等对甲壳素材料力学性能的影响。研究表明,冻融时间、浸泡方式对甲壳素力学有明显的影响。当冻融时间5天,用无水乙醇和去离子水依次交替浸泡5天,甲壳素基体的压缩强度提升至9.0 MPa,在此基础上,不同材料或同种材料不同浓度的复合对甲壳素力学性能也有显著的影响,如甲壳素/明胶(12.9 MPa)、甲壳素/微晶纤维素(14.7 MPa)、甲壳素/羟基磷灰石(18.3MPa)、甲壳素/磷酸钆(20.1 MPa)、甲壳素/微晶纤维素/羟基磷灰石(39.4 MPa)和甲壳素/微晶纤维素/磷酸钆(42.3 MPa)。再生后的甲壳素及复合材料的体积收缩和重量减轻与力学性能呈一定的相关性;溶胀率在80.72%-145.72%之间,力学较好的材料具有较好的抗溶胀性;此外,物理交联的甲壳素及复合材料具有良好的热稳定性、丰富的含水率(45%-68%)和三维多孔的网络结构。 其次,研究了化学交联(交联剂种类及浓度)对甲壳素及复合材料力学性能的影响。研究表明,交联剂为京尼平(6%)时对甲壳素力学性能增强作用明显,压缩强度为21.4 Mpa。进一步研究发现,化学交联的甲壳素/微晶纤维素/羟基磷灰石、甲壳素/微晶纤维素/磷酸钆的力学性能较好,压缩强度分别为28.5 MPa和27.2 MPa。甲壳素及复合材料都具有良好的热稳定性和含水率(45%-68%)。 最后,对比研究了物理、化学交联的甲壳素及复合材料在溶菌酶-PBS模拟体液中降解0天、10天、20天和30天的降解性能。研究表明,化学交联的降解速率(甲壳素和甲壳素/微晶纤维素/磷酸钆降解率分别为15%和6.6%)高于物理交联的降解速率(分别为12%和4.8%)。但是有意义的是,通过简易材料复合制备的甲壳素/微晶纤维素/磷酸钆三元复合材料,无论是物理交联还是化学交联,降解性能都得到显著控制(30天降解率分别为4.8%和6.6%),30天后仍保持结构完整,这在扫描电镜数据中得到验证。说明适宜的材料复合有利于提高材料的可控降解性。

关键词： 船舶与海洋工程   材料力学   课程思政   意义  

摘要： 材料力学是力学类基础课程之一，研究的是线弹性、小变形的杆件材料。同时，材料力学课程也是船舶与海洋工程专业的基础课程之一，是船舶与海洋工程专业重要的入门力学类课程。因此，材料力学是现代工程学科不可缺少的基础课程，是工程学科最基本的一门课程。在船舶与海洋工程专业中，材料力学课程的重要性不言而喻。而结合船舶与海洋工程特点开展材料力学课程的课程思政研究目前在国内还尚未发现。因此，有必要对针对船舶与海洋工程专业特点开展材料力学课程的课程思政意义进行探究。鉴于此，本文将结合专业特点对在船海专业中开展材料力学的课程思政意义进行讨论和总结，以便为涉海高校开展课程思政建设提供几点建议与参考。

关键词： 新工科   材料力学   “金课”   教学  

摘要： 在新工科背景下，材料力学“金课”建设显得尤为重要，也是工程类中的一门重要的基础课程。分析现阶段材料力学课程“金课”建设仍面临诸多挑战，需要进一步深化改革，以提升教学质量。本文通过教学思考与探索，探讨了在新工科背景下材料力学“金课”建设的共性问题和有效方法。以课程内容的优化与更新、教学手段的多样化与创新、学习环境的改善与升级等方面的努力，提出材料力学课程在新工科背景下“金课”的建设策略，为材料力学课程建设提供有效的参考，促使学生实现创新与实践的能力全面提升。

关键词： 弯曲变形   集中力   集中力偶   奇异函数  

摘要： 集中力和集中力偶广泛存在于实际力学问题中，但在推导载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系时所截取的微段并不包含集中量。求解内力方程和弯曲变形时需人为地将梁分段，求解过程异常繁琐。本文通过引入奇异函数将集中量转化为分布量，并给出任意载荷作用下的载荷集度方程。通过微积分关系求出内力、转角和挠度方程。本方法便于学生理解微分关系推导时截取微段仅含分布载荷的力学模型，求解弯曲变形时也无需对梁进行分段，计算过程大大简化且便于计算机编程。