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关键词： 材料力学   课程教学   课程评价   教学体系  

摘要： 新工科背景下,工科专业的培养目标和方式不断发生变革,高校肩负着培养高素质复合型新工科人才的使命,课程成为教学改革的重要落脚点。材料力学作为工科专业的基础课程,在培养创新型工程技术人才方面具有重要意义,其课程教学改革势在必行。教学团队分析了材料力学课程的教学现状,针对课程强理论性、逻辑性、工程实践性等特征,课程教学中存在的教学内容枯燥、推导过程抽象、评价体系生硬等问题,以OBE(Outcome Based Education)理念为基础,充分利用信息化资源优势,在课程教学内容、讲授方式、考核方式等方面进行了创新探索,提出了“Interest+Understand+Application”的创新教学体系(简称为“IUA”创新教学体系),旨在提升学生学习兴趣、深化学生内容理解、强化学生知识应用。东南大学土木交通大类专业对该教学体系进行了实践,包括引入工程案例、利用校内及在线资源丰富课堂形式、改进课程评价方式等。通过评估学生课堂满意度调查、学生知识掌握能力、学生课外实践成果等,证明了该教学体系改革成效显著。

关键词： 桥梁工程   3D打印混凝土   多尺度改进   力学性能   PP纤维   纳米二氧化硅   碳酸钙晶须  

摘要： 针对3D打印混凝土存在的打印过程中易出现有害孔隙及在承载过程中有较为显著的各向异性的问题，探究不同尺度下的外掺材料（纳米二氧化硅、碳酸钙晶须与PP纤维）对3D打印混凝土内部孔隙及成型物各向异性的改善作用。将三种材料以不同的混合比例进行试验，通过抗压、抗折、层间粘结强度试验来表征不同材料与不同混掺比例对3D打印混凝土各向异性的影响。通过EDS与SEM微观试验方法探究三种材料在微观层面下的协同作用机理。试验结果表明，三种材料均对改善3D打印混凝土的工作性能和各向异性有一定作用，且三者的作用效应存在互补关系。从水化初期到持荷破坏，三种材料均能发挥互补作用，使成型物的各向异性减弱，力学性能增强到与现浇试件相近。三种材料较优的掺量为1%掺量的纳米二氧化硅配合0.2%掺量的PP纤维与1%掺量的碳酸钙晶须。在该比例下，三种不同尺度的外掺材料将混凝土基体内部的纳米到微米级缺陷孔隙逐级填充，增强纤维与基体之间的粘结性能使得尺度不同的两种纤维在受力过程中的不同阶段更好地发挥作用，大大提高了3D打印混凝土的密实度和力学性能。

关键词： 环氧树脂   碳纤维复合材料   湿热老化   力学性能   摩擦行为   磨损机制  

摘要： 碳纤维增强复合材料（CFRP）具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、耐磨损等优点，已经成为新型的先进海洋工程结构材料。本文研究了湿热老化对CFRP热/力学（拉伸、弯曲、短梁剪切性能）和摩擦磨损性能影响规律，结合微观形貌与结构分析，揭示CFRP在60 ℃蒸馏水浸泡长达90天力学和摩擦磨损性能退化机制。研究发现，湿热老化使得CFRP拉伸、弯曲和短梁剪切强度最大退化幅值为5.8%、13.0%和20.9%，归因于湿热老化过程水分子破坏了树脂高分子树脂链氢键和部分共价键，导致CFRP内部产生缺陷并丧失对纤维束横向约束，最终引起纤维/树脂界面脱粘。此外，湿热环境CFRP热力学和粘弹性行为呈现非线性变化规律，归因于积极的树脂后固化和消极的湿热老化耦合效应。与浸泡前相比，老化15、30、60和90天CFRP的平均摩擦系数依次降低了23.8%、35.0%、43.7%和53.8%，归因于扩散CFRP内部水分子摩擦过程中充当了摩擦润滑剂，缓解了CFRP/研磨球界面磨损程度；湿热老化90天CFRP的Ws和WSW较老化前增加了254.6%和114.9%，归因于与树脂基体形成新氢键的水分子处于结合水状态，导致树脂分子链间作用力减小及其内部微裂纹不断萌生，引发严重的疲劳磨损。

关键词： 材料力学   电测法   创新实验教学   应变仪改造   电子秤  

摘要： 基于电测法的基本原理，结合材料力学中梁弯曲变形的理论知识，通过对静态应变仪参数的标定与校准，将静态应变仪改造成电子秤，从而实现对标定物重量的准确测量。该实验选择梁作为受力的载体，将应变片黏贴在梁上下表面，通过对灵敏系数的调整建立静态应变仪所测得的应变与标定物重量之间的关系。实验结果表明，改造后的静态应变仪作为电子秤使用时，能够准确测量出标定物的重量，实验数据的稳定性和重复性均得到了验证。实验将材料力学的理论知识与电测法相结合，拓宽了电测法在材料力学实验教学中的应用范围，也激发了学生的创新思维，具有研究性、综合性和创新性。

关键词： 材料力学   丁羟推进剂   键合剂   力学性能   Schiff碱   界面脱湿   MAPO  

摘要： 为提高丁羟四组元推进剂和CL-20/GAP推进剂的力学性能,解决新的推进剂填料基体界面“脱湿”问题,设计合成了新型Schiff碱键合剂;采用傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜及万能材料拉伸机等对键合剂的键合效果和推进剂的力学性能进行了表征。结果表明,合成的新型Schiff碱键合剂包含键合剂必备官能团且在AP表面存在明显键合,新型Schiff碱键合剂有望取代有毒MAPO,可明显提高丁羟四组元推进剂的力学性能,使丁羟四组元推进剂常温拉伸强度达到0.7 MPa,常温延伸率大于55%,高温延伸率大于50%,低温延伸率大于60%,并可以明显改善丁羟四组元推进剂的工艺性能;在CL-20/GAP推进剂中,新型Schiff碱键合剂可同时提高推进剂的拉伸强度和延伸率。

关键词： 粉磨时间   钼渣   水泥基材料   力学性能   孔隙结构  

摘要： 通过不同机械粉磨时间对钼渣特性的影响试验,获取粉磨最佳时间。将该粉磨时间作用下钼渣作为掺合料制备水泥基材料,分析不同钼渣掺量对水泥基材料力学性能、孔隙结构等性能的影响。结果表明:综合水泥基材料的物理力学实验结果,得出在钼渣掺量为30%时,水泥基材料各项性能达到最佳。而粉磨最佳时间为2.0 h,此时钼渣的各项性能达到最佳状态。适当掺加钼渣可以有效地改善水泥基材料的孔隙结构,使得水泥基材料变得更加密实。过量的掺加钼渣,会破坏了水泥基材料的微观孔隙结构,进而导致了水泥基材料各项性能的降低。此时水泥基材料仍然保持着较好的强度且可以满足实际工程的需要,但是从经济方面考虑就增大了成本,不利于工程的进展。

关键词： 材料力学   思政元素   教学设计  

摘要： “材料力学”是高校工科类专业的一门专业基础课程,在本科人才培养体系中具有承前启后的作用。在“材料力学”课程教学过程中,有机融入具有思政元素的工程实例,培养学生的爱国主义精神、社会责任感和职业精神;将科研融入教学,提高学生的创新能力和解决工程实际问题的能力;积极承办学科竞赛,搭建学科竞赛平台,提高学生动手实践能力;将学科竞赛、工程实践、课程思政等融入教学,推动专业升级和优化,提升教师教学研究能力,为工科类专业课实现课程思政提供参考。

关键词： 数据驱动   机理驱动   微观组织   缺陷演化   疲劳寿命  

摘要： 增材制造是现代高端装备制造领域的革命性突破技术之一.其中,增材构件的大批量生产和高可靠应用,关键在于制造可重复性、质量可靠性与性能可预测性.而在各向异性组织、广域分布缺陷、深部残余应力和复杂表面粗糙度等诸多因素的共同影响下,基于传统经验模型和有限数据的增材制造金属力学性能预测效率与准确性面临着严峻挑战.近年来,作为大数据与人工智能发展到一定阶段的必然产物,机器学习(machine learning,ML)方法为有效处理高维物理量之间的复杂非线性关系提供了契机,在增材制造合金材料力学性能预测领域得到持续关注.文章综述了机器学习在增材制造材料及构件力学性能预测中的国内外研究进展.首先简述了常见的机器学习算法和通用的机器学习流程,重点分析了融合物理信息的机器学习(physics-informed machine learning,PIML)方法的特点与构造方式;然后概述了增材制造合金材料力学性能4大影响因素的形成原因及机器学习在这些影响因素预测中的应用现状;重点介绍了ML和PIML在拉伸性能和疲劳断裂性能预测中的代表性研究成果;最后指出当前机器学习在力学性能预测中的局限性,并探讨了发展趋势和技术前景.

关键词： 偏石油机械   疲劳寿命预测   结构优化   有限元分析   材料力学  

摘要： 本文以偏石油机械的实际应用为目标,对偏石油机械关键部件的疲劳寿命进行了预测和结构优化的研究。研究以有限元分析为基础,材料力学和结构优化为手段,得出了关键部件在不同工况下的受力状况及其应力分布变形情况。结合材料疲劳性能和疲劳损伤理论,对零部件的疲劳寿命进行了预测和评估,并且提出了相关的优化设计,有效地延长了石油机械关键部件的使用寿命,提高了产品可靠性和安全性。

关键词： 木质素聚   环氧乙烷   丙酮   复合材料  

摘要： 木质素(Lg)是一种具有良好生物相容性的可再生高分子材料,在医药和工业等领域具有广阔的应用前景。在本工作中使用丙酮对木质素进行分级处理,得到丙酮可溶木质素(CAc-Lg)和丙酮不溶木质素(NAc-Lg)。以聚环氧乙烷(PEO)作为基体材料,使用溶液混合法制备了不同质量比的PEO/CAc-Lg和PEO/NAc-Lg两种复合材料,并对两种复合材料的力学性能进行了测试。红外光谱测试(FT-IR)结果显示,CAc-Lg相比于NAc-Lg,有较强的分子内和分子间氢键吸收特征峰和较低的甲基(-CH3)和亚甲基(-CH2)中C-H伸缩振动特征峰,这也导致了两种木质素与PEO共混物内部相形态的差异性。力学性能测试结果显示PEO/CAc-Lg复合材料的拉伸强度在12.5~15.0 MPa之间,而PEO/NAc-Lg复合材料的拉伸强度在15.5~17.5 MPa之间,各成分组合物的抗张强度均比单一聚乙二醇高(9.6 MPa)。