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关键词： “双碳”理念   线上线下混合式教学   材料力学   课程建设   教学改革   立德树人  

摘要： 在当前碳达峰、碳中和的时代背景下,建筑行业转型升级迫在眉睫,降低建筑能耗,发展绿色建筑,实现建筑行业二氧化碳减排已经成为日益重要且紧迫的问题。该文根据材料力学的课程特点及立德树人的教学要求,以科研反哺教学,构建“双碳”理念与材料力学课程知识有机融合的课程体系,使材料力学课程与思想政治理论课同向同行,形成协同效应,构建良好的育人环境,推进全员育人。

关键词： 增材制造   微点阵材料   动态力学响应   变形机理   细观模型   多尺度设计  

摘要： 三维微点阵材料是一种由复杂拓扑胞元周期性排列构成的超轻质结构材料,兼具极低的密度、优越的力学特性和良好的能量吸收等性能,是满足轻量化、抗冲击和多功能集成需求的重要新型战略材料.增材制造技术的快速发展,为三维微点阵材料的制备和优化设计带来了便利的条件,二者的结合为航空航天、轨道交通以及武器装备等领域实现防护结构轻量化和多功能一体化提供了新思路.为阐明增材制造三维微点阵材料的动态力学特性与变形失效机理,进一步开展材料多尺度优化设计,拓展增材制造微点阵材料在冲击防护等领域的应用,对增材制造三维微点阵材料力学行为与设计的研究成果进行了系统的综述和展望.依据增材制造三维微点阵材料的多尺度结构特征,分别评述了不同类型微点阵材料的宏观动力学响应与失效机制、细观性能表征与结构优化设计、微观组织特征与变形机理等方面的研究,展望了未来增材制造三维微点阵材料在冲击防护领域面临的问题和挑战.

关键词： 金属材料   机器学习   性能预测   合金设计   数据挖掘  

摘要： 如今金属材料的发展进入了瓶颈期,急需一个新的发展方式来突破当前的瓶颈。上世纪50年代,人工智能逐渐兴起,经过60多年的发展,人工智能技术趋于成熟,大幅度的应用在各种领域中,材料领域也有所涉及。数据与人工智能结合的数据驱动方式成为改变金属材料发展瓶颈的新方式,有望大幅度提升金属材料的研发速度。介绍了金属材料领域的合金设计现状,在传统的“试错法”已经不能满足现有金属材料研发的基础上,综述了机器学习在金属材料力学性能预测等方面的一些应用。总结了机器学习存在的不足和需要优化的地方,展望了机器学习在金属材料领域中的发展方向。

关键词： 拉伸实验   教学规范   金属材料   材料力学  

摘要： 梳理金属材料拉伸实验教学存在的定位偏颇、设计思路多样、与“两性一度”契合度偏低等现状和问题,从实验地位、教学内容、标准执行、人才培养等方面给出制定实验教学规范的价值和意义。提出应秉承“学为中心,能力为本”的教学理念和“学生主体、教师主导”的实验教学设计思路,并按照“两性一度”的要求,结合教学实践,从技能培训、知识固化、能力培塑等方面提炼金属材料拉伸实验共性要求,给出实验项目设置及教学实施建议。

关键词： 材料力学   虚拟仿真   人工智能   深度神经网络  

摘要： 将人工智能技术引入到力学虚拟仿真实验,设计开发了一种以深度神经网络(Deep Neural Networks,DNN)为计算支撑平台的新型材料力学虚拟仿真实验系统;并以槽型截面梁弯曲中心测定实验为例进行了实验结果分析,探讨该系统在引导学生开展材料力学探究型学习中的作用,对材料力学理论及实验的课程教学改革做了积极的探索。

关键词： HA/Ti复合材料   粉末冶金   稀土   抗压强度   生物活性  

摘要： 为进一步改善HA/Ti复合材料的性能,以HA粉及商用Ti粉为原料,分别加入一定量的不同稀土化合物(CeO_(2)、LaF_(3)及SrO),利用粉末冶金方法制备了稀土增强型HA/Ti生物复合材料。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜及万能力学试验机,探究了三种稀土元素对HA/Ti复合材料组织结构、力学性能及生物活性的影响。结果表明,分别添加0.3%的CeO_(2)、LaF_(3)及SrO稀土化合物所得的三种复合材料的力学性能均得以改善,其抗压强度分别为47、91 MPa和40 MPa,而未添加稀土的HA/Ti复合材料的抗压强度仅为34 MPa;且LaF_(3)还能进一步改善复合材料的生物活性,但添加CeO_(2)和SrO未能改善其生物活性。

关键词： 竹纤维   强度   耐水性   调湿   吸放湿速率   正交试验  

摘要： 为研究竹纤维对水泥基材料力学和调湿性能的影响,以竹纤维掺量、竹纤维长度、水灰比为三个因素,每个因素设置三个水平,设计正交试验,制备竹纤维水泥基材料。以28 d抗压强度、28 d抗折强度、软化系数、总吸放湿率、吸放湿速率为测试指标,进行强度、耐水性和调湿性能试验。通过试验,寻找强度和耐水性能满足要求且调湿性能优良的配合比。结果表明:竹纤维水泥基材料的力学性能随竹纤维掺量的增大而减小,随水灰比的增大而减小;调湿性能随竹纤维掺量的增大而增大,随水灰比的增大而增大,竹纤维的长度对力学和调湿性能的影响不明显。当竹纤维掺量为5%、竹纤维长度为8 mm、水灰比为0.6时,材料强度和耐水性符合要求,此时调湿性能最优。

关键词： Volume fraction  

摘要： The viscoelastic materials have many applications in the fields of noise reduction, of vibration control for precision instrument, and of earthquake prevention and, of disaster reduction for building structures. Filling systems such as carbon black and silicon are important components of viscoelastic materials. Thusly, the random sequence absorption method is used to establish representative volume element (RVE) models of carbon black-filled viscoelastic materials with different volume fractions, and the finite element model is modified upon the effective volume fraction. The mechanical behavior and dynamic energy dissipation index of the carbon black-filled viscoelastic material with different volume fractions is calculated and analyzed at mesoscale, and it is also compared with empirical values and test data. It shows that the stress-strain curve and dynamic energy dissipation index of the carbon black-filled viscoelastic material with different volume fractions calculated by the RVE method are in a good agreement with the experimental and theoretical results when utilizing effective volume fraction to build the models. © 2023 Tsinghua University. All rights reserved.

关键词： 仿生   各向异性   超材料吸能   易恢复  

摘要： 受到一些植物茎部和部分猫科动物舌头上的倒刺结构在不同方向上表现出差异性的启发，本研究设计了一种可重复使用且易恢复的倒刺型超材料，并对其力学性能进行了理论分析和数值分析。研究结果表明，在倒刺的往复运动中，当选取矩形截面长×宽为1mm×1mm，长为20mm，且与竖直方向呈60°角的倒刺时，与阻挡凸台正向接触过程中的最大反力约为逆向接触过程中最大反力的20倍左右，而所消耗能量则相差约200倍。当倒刺与竖直方向的角度减小时倒刺结构吸收能量更多，恢复所需能量更少；当倒刺长度增大倒刺结构吸收能量减小，恢复时所需能量也减小。这表明该结构具有出色的抗冲击性能和能量吸收能力，正逆向所需能量差异较大结构更容易恢复，并且可以通过对倒刺角度和长度设计提升吸能效率。

关键词： 不确定度   金属材料   力学性能   室温拉伸试验   拉伸蠕变试验  

摘要： 在工程应用中最优化利用金属材料是为了充分发挥其内在价值,但想要实现这一目标,相关工程师需要深刻理解金属材料的力学性能等各方面的特点,这凸显了进行金属材料力学性能测试的重要性和必要性。尽管目前金属材料的力学性能测试技术已经取得显著进步,但仍存在一些潜在问题,可能导致测试结果出现显著偏差。因此,文章关注金属材料力学性能测试中存在的不确定度问题,对室温拉伸试验、拉伸蠕变试验以及仪器化压痕试验中的不确定度进行了全面分析和阐述,旨在为相关专业人员提供参考和借鉴。