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关键词： 二维碳材料   第一性原理计算   电子结构  

摘要： 研究新型二维单层4,6,8-碳材料的带隙调制机制。方法 采用基于第一性原理计算方法对二维单层4,6,8-碳材料的弹性常数、弹性各向异性、电子结构以及带隙调制进行了研究。结果 二维单层4,6,8-碳材料具有较小的弹性各向异性,在拉伸和压缩应力作用下,其带隙在0.44~0.65 eV范围内保持直接带隙。结论 二维单层4,6,8-碳由于其带隙可调的特性可以成为较好的光伏材料。

关键词： 形状记忆合金   碳纤维树脂   复合材料   单轴拉伸试验   低速冲击试验   三点弯曲试验  

摘要： 针对碳纤维树脂基复合材料抗冲击性能差的问题,本文提出了一种内嵌超弹性形状记忆合金丝的碳纤维树脂基复合材料(SMA-CFRP)。采用热压罐成型工艺,选用SMA铺设层数、SMA铺设方向两个参数成型了4种CFRP复合材料样件,分别对其进行了单轴拉伸、低速冲击及三点弯曲试验。由于超弹性SMA丝具有独特的相变机制,在试验加载过程中,承受了准静态或动态载荷并吸收了部分能量,因此相较于CFRP,SMA-CFRP的极限拉伸强度最高提升了7.71%,且抗冲击性能显著提升。试验结果表明,内嵌超弹性SMA能显著改善CFRP在准静态和低速冲击载荷下的力学性能。

关键词： 有限元软件   材料力学   力学建模   应用能力  

摘要： 新工科教育正在全国高校如火如荼进行,以加快我国从工程教育大国走向工程教育强国的快速转变。在新工科背景下,培养学生运用力学基本知识解决实际工程力学问题的能力变得尤为重要。作为最重要的工科专业基础课《材料力学》课程,力学概念多、公式推导过程繁杂。为解决这一教学挑战问题,北京石油化工学院力学教学小组坚持以学生为中心的OBE教学思想,开展了基于有限元商业软件驱动《材料力学》教学效果的教学实践活动,从翻转课堂、大学生创新研究训练计划UT项目、本科生学科竞赛与实践,以及本科毕业设计论文等几个环节,实践论证了该教学思想驱动下的教学成果,大幅提高了本校学生对《材料力学》课程的学习兴趣与热情,锻炼了学生的力学建模能力和分析能力,培养了学生解决复杂工程力学问题的实际能力。本文提出的基于有限元商业软件驱使的《材料力学》课程教改实践有助于全面提高学生的创新能力和终身学习能力,形成高素质的新工科型人才。

关键词： 碳酸钙晶须   改性晶须   工程水泥基复合材料   力学性能  

摘要： 采用正硅酸乙酯(TEOS)对CaCO_(3)晶须进行表面改性,通过X射线光电子能谱仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜及X射线衍射仪等测试改性CaCO_(3)晶须(MCW)表面的组成与特性。结果表明,正硅酸乙酯的水解产物与CaCO_(3)晶须表面的羟基发生反应,在CaCO_(3)晶须表面形成了稳定的、无定形态的SiO_(2)。改性CaCO_(3)晶须能进一步提高工程水泥基材料(ECC)的力学性能。改性CaCO_(3)晶须增强ECC的作用机理为:改性CaCO_(3)晶须表面的SiO_(2)与Ca(OH)_(2)发生水化反应,在MCW周围生成更多C-S-H凝胶,CaCO_(3)晶须被周围水化产物紧密包裹,增强了晶须与水泥基材料之间的界面粘结作用,裂缝在扩展过程中消耗更多的能量;水化反应的进行提高了水泥石结构的致密性,从而进一步提高ECC的力学性能。

关键词： 3D打印   矿物掺合料   抗压强度   抗折强度   各向异性  

摘要： 为探究矿物掺合料在3D打印混凝土中的作用机理,研究粉煤灰(FA)、矿粉(S)、硅灰(SF)单掺和复掺对3D打印水泥基材料抗压强度、抗折强度的影响.结果表明:单掺时,打印组和模筑组力学性能的变化规律基本保持一致,粉煤灰和矿粉会降低混凝土的抗压强度和抗折强度,而硅灰则会提高混凝土的力学性能.复掺时,材料力学性能大小顺序为:S+SF>基准组〉FA+SF>FA+S.此外,3D打印混凝土的抗压强度无明显各向异性,而抗折强度有明显的各向异性.打印组在x方向的抗折强度比y、z方向低25%~40%,在x、y、z方向的抗折强度比筑模组低10%~30%.

关键词： 公路工程   赤泥   高炉矿渣   力学性能   综合利用  

摘要： 利用高炉炼铁废弃物(高炉矿渣)改良氧化铝工业废弃物(赤泥)制备路用材料。高炉矿渣能够起到显著提高赤泥力学性能的作用,掺加低剂量的高炉矿渣之后,赤泥的无侧限抗压强度和劈裂强度指标出现了下降,而CBR指标明显提高。当矿渣微粉掺加量超过10%之后,随着矿渣微粉的添加量增加,赤泥的各项力学性能指标均有增加。当高炉矿渣的掺量超过25%之后强度指标出现下降。同时随着龄期的增长,改良赤泥的力学性能持续提高。从试验结果来看,矿渣微粉改良赤泥的最佳添加量为25%。

关键词： 材料力学   虚拟实验   仿真范例库   工程创新能力   多元形成性评价  

摘要： 面向新工科创新拔尖人才培养,建设了材料力学课程专属的虚拟实验仿真范例库,尤其融入了火箭筒壳轴压稳定性分析与设计、冬奥滑雪头盔变刚度抗冲击设计等工程案例,构建了问题导引、交互、体验、反思为一体的信息化混合式学习场域,完善了材料力学科教融合工程化教学资源体系。该范例库基于Python语言建立了一系列标准构件及工程实例的建模与有限元分析参数化脚本,可实现典型工程结构的强度、刚度和稳定性有限元分析的自动实施与演示。在此基础上,本文还提出了材料力学课程全学习周期多元形成性评价体系,实现对学生新形势下学习状态与能力的诊断性评价,以促使学生合理制订学习规划并自主开展学习,使得虚拟实验技术的实际教学效果最大化。教学实践表明,该虚拟实验仿真范例库有利于培养学生工程创新能力,激发学生力学报国情怀,成为材料力学课程思政的重要载体。

关键词： AAFS砂浆   配合比   力学性能  

摘要： 本文以胶凝材料组分、激发剂掺量、激发剂模数为因素变量设计砂浆正交试验,以探索碱激发粉煤灰/矿渣(Alkali-activated fly ash/slag,AAFS)复合胶凝体系的最优配合比.试验结果表明,当激发剂模数为1.4、激发剂掺量7.0%、矿渣掺量70%、粉煤灰掺量30%时,AAFS砂浆的力学性能最佳,其28 d抗折、抗压强度分别达到了12.3 MPa,88 MPa.通过对砂浆强度的正交试验分析,得出矿渣掺量对AAFS砂浆的力学性能影响最大,激发剂模数的影响次之,激发剂掺量的作用效果最小.

关键词： 工程化理念   复合材料力学   翻转课堂   教学改革  

摘要： 复合材料力学课程是高效设计国家重大工程中复合材料构件的重要基础。针对目前国内工科高等院校复合材料力学工程化课堂教学中存在的不足,结合国家重大工程及科技前沿,探索新工科工程化教学理念在复合材料力学课程翻转课堂教学中的应用。具体包括:增加复合材料力学工程化教学内容;调整教学方法,实现工程化翻转课堂;引入课程思政,突出复合材料工程实例对社会的贡献;建立基于工程化教学理念的多维评价体系。教学实践结果表明,基于工程化教学理念的复合材料力学课程教学效果良好,有利于学生构建工程化复合材料力学知识体系。

关键词： 3D打印   速凝水泥基材料   搅拌-挤出一体化打印机   可打印性   各向异性  

摘要： 结合自主研发的物料搅拌和挤出同时进行的3D混凝土打印机(搅拌-挤出-体化打印机),实现了速凝玄武岩纤维改性水泥基材料的3D打印。以水平打印层为XY平面,进行试验测试3D打印混凝土在X、Y、Z方向的抗压、抗弯力学性能,并分析其力学各向异性规律。研究结果表明:在满足打印性能的要求下,玄武岩纤维的掺量范围为0~2.0%,掺量为1.5%时打印材料力学性能最优;随着纤维含量的增加,材料呈现力学各向异性趋势增大;沿X方向加载的打印试样抗压强度最高;沿Y方向加载的打印试样抗折强度最高。