以多学科交叉融合为基础的创新研修课程建设——以《4D打印技术》课程为例

创新型课程教学体系的建立是为了有效的提高教学质量,培养出具有高综合素质的创新型人才。以创新研修课《4D打印技术》为例,本文从课程的建设思路、课程的知识体系、课程的思政建设以及教学实践等几个方面介绍了如何将先进的科研成果、多学科知识的交叉融和引入到课程建设中。在课程学习过程中,机械、力学与材料学科知识的交叉融合,拓展了学生知识范围,开阔了学生眼界,锻炼了学生动手能力,有效地促进了创新型人才的培养。

面向火星探测的环氧形状记忆聚合物复合材料的性能研究

国家火星探测任务是建设航天强国进程中的重大标志性工程,是中国航天走向更远深空的里程碑工程.智能材料这种集材料、结构和功能于一体的先进材料将会对火星探测任务有所助力.形状记忆聚合物及其复合材料作为一种典型的智能材料,可在有效减轻载荷的同时实现自主变形,已经在地球同步轨道航天器的应用中崭露头角.因此有必要研究这种新型环氧基形状记忆聚合物复合材料应用于火星探测工程的可能性.首先,针对“天问一号”火星探测器的任务需求,设计了一个具有自释放功能的着陆平台国旗装置.其中的锁紧释放装置由碳纤维增强的形状记忆聚合物复合材料制成,分别从静态拉伸力学性能、动态热机械性能和形状记忆性能三个角度评估了空间辐照和长期存储对形状记忆聚合物复合材料的影响.其中,空间辐照包括γ射线和紫外射线,辐照剂量分别为5×10^(5)rad和23.6 kCal.长期存储分为低温-196℃、室温25℃和高温85℃存储30天,和低温-196℃存储457天两组实验.最后,从“祝融号”火星车所携带相机拍摄的照片可以看到五星红旗被成功释放,旗面平整、图案清晰.这说明所研究的环氧基形状记忆聚合物复合材料可成功应用于火星探测任务,未来有望以多种结构形式助力我国的火星采样返回乃至其它深空探测任务.

采用SOM算法的软体机械臂三维形状实时感知

为实现软体机械臂精确的三维形状实时估计,奠定变形控制与应用的基础性工作,针对三段式软体机械臂,提出了一种基于自组织映射(Self-organizing map,SOM)算法的三维空间形状实时感知方法。首先,对ZED双目相机捕捉到的左、右图像帧进行图像预处理,得到左、右二值图像,并实时提取软体机械臂的二维轮廓数据。然后,采用SOM算法对轮廓数据进行聚类,有序得到软体机械臂二维中心线的多个骨干点,并与K均值,高斯混合模型以及细化3种中心线提取算法进行了对比研究,进一步表明SOM算法更适用于解决软体机械臂复杂形状的中心线辨识。最后,通过基于双目视差的三角测距模型完成软体机械臂的三维形状重构。该算法还采用数据降采样、SOM参数优化等方法,提高算法框架的实时性能。针对软体机械臂连续形变过程,进行了实时形状传感实验和对比验证实验。实验结果表明,该算法具有较高的形状感知精度和较好的实时跟踪效果。不仅如此,与其他文献中提出的形状检测算法相比,该算法也具有较好的性能。

智能软聚合物及其航空航天领域应用

智能软材料针对外界的刺激(如温度、电场、光、磁场等等)能够产生不同程度的形变而体现出活性.作为新型智能软活性聚合物材料的代表,形状记忆聚合物和电致活性聚合物主动软材料日益显示出巨大的应用前景.本文综述了形状记忆聚合物及其复合材料以及驱动方法,形状记忆聚合物智能材料在航天领域的应用,介电弹性体材料及其复合材料,介电弹性体材料的理论研究进展,介电弹性体材料在航空航天领域的应用.

具有线性介电常数的Ogden型介电弹性体的本构关系和机电稳定性

应用多材料常数的Ogden弹性应变能函数分析了介电弹性体的力学行为,研究了介电弹性体的机电稳定性.数值结果表明,通过对材料系数(如材料常数比和电致伸缩系数等)的恰当调节可以使得介电弹性体材料或介电弹性体结构更趋稳定.这些有益于深入理解介电弹性体的机电稳定性行为,进而设计恰当的介电弹性体器件.

海南通什低质低效次生林林下植被多样性与土壤养分特征——以加勒比松林为例

为了探讨海南省低质低效林高效栽培技术,为海南省低质低效林改造奠定基础,采用样方调查及取样分析方法,研究了海南省国营通什林场(109o31'E,18o46'N)低质低效加勒比松次生林林下植被物种多样性、生物量及其土壤理化性质,并探讨了它们之间的相关性。结果表明,灌木层植物丰富度、多样性指数均高于草本层,但均匀度指数却低于草本层;林下植被生物量总体表现为灌木层大于草本层;土壤全N的含量在1.15～1.78g/kg之间,0～20cm土层的全N含量与20～40cm土层及40～60cm土层间差异性显著。40～60cm土层的有效P含量与其余2层呈显著差异。0～20cm土层速效K含量与其余2层差异性显著。从试验结果可以看出,海南省低质低效林土壤养分较为贫瘠。林下物种多样性指数与土壤全N、全P、全K、速效K含量之间具有显著正相关,但与容重、pH相关性并不显著。生物量与土壤的理化性状相关性不大。

海南浆纸林林下维管植物区系研究

根据实地调查与标本采集,现记录到海南浆纸林基地林下维管植物538种及种下单位,隶属于122科359属,其中蕨类植物26科44属85种1亚种,裸子植物2科2属2种,被子植物94科313属439种,9变种,2亚种,1栽培变种。该区系大型科少,没有大型属,主要为含1个种的小型属,区系优势科分别为大戟科、蝶形花科、茜草科、禾本科、锦葵科和菊科。种子植物区系成分较为复杂,主要表现在科地理成分的广泛性和属的地理成分的多样性。在科的分布区类型中,热带、亚热带的地理分布成分占优势;属的地理成分可划分为12个分布型和4个变型,其中以泛热带分布为主,占区系总数的42%。

五指山市乔木林动态变化特征分析

为了了解五指山市乔木林的空间分布特征，掌握主要林分因子的发展趋势，结合海南省五指山市四期森林资源连续清查数据，运用ArcGIS10.0、SPSS软件，对五指山市连续15 a乔木林地的变化进行分析。结果表明：（1）乔木林为五指山市主要的用地类型，且数目逐年增加；（2）乔木林分主要分布在海拔在500～1000 m、坡度在15°～35°之间向阳的空间范围内；（3）平均年龄为28.54，平均树高为11.41 m，平均胸径为13.46 m，平均每亩蓄积为8.86 m3，平均郁闭度为0.609。从龄组结构来看，大多属于中龄林与幼龄林，处于正演替阶段。

封面图片说明

形状记忆聚合物SMP（shape memory polymer）是指具有某一特定的初始形状,在一定条件下变形固定后,通过热、电、磁等外部条件的刺激,能够恢复至其初始形状的聚合物,其密度低、可大尺寸成形、形变大.它具有形状记忆特性、自锁紧特性和大刚度变化特性,在航天航空、生物医学等领域的应用备受关注.基于形状记忆聚合物复合材料的铰链和桁架等空间展开结构和锁紧释放机构,通过材料和结构自身的变形实现结构的展开、驱动和释放,无需机械、电机和火工品等驱动装置,具有冲击小、重量轻、结构简单、展开稳定和可靠性高等优点．

基于介电弹性体和形状记忆聚合物的多稳态抓取结构研究

介电弹性体是一种典型的智能软材料,具有高的介电常数,且具有重量轻、韧性好、形变大、高弹性能密度以及机电效率高等诸多优点。由介电弹性体制作而成的智能驱动器是通过具有柔性电极的弹性体在电场作用下产生的应变响应进行驱动变形的,在软体机器人、航空航天等许多方面展现出潜在的应用价值。然而,利用介电弹性体制备的抓取结构驱动力较小,将介电弹性体和形状记忆聚合物的变刚度特性相结合,可增加抓取结构的驱动力,并且在抓取和释放过程中无需持续通电即可固定形状。利用介电弹性体的电致变形特性和形状记忆聚合物的形状记忆及变刚度特性,设计了一种智能多稳态抓取结构。建立了驱动器的理论模型,确定结构参数,基于有限元软件对驱动结构的弯曲和恢复过程进行数值模拟,并对其进行弯曲和恢复试验,测试出恢复角度,基于理论和仿真对驱动器结构进行优化设计,基于优化后的驱动器制备了多稳态抓取结构,测试了抓取结构的性能。

形状记忆聚合物基复合材料在航空航天领域的应用

20世纪80年代以来,形状记忆聚合物及其复合材料在航空航天领域的应用已得到广泛的研究。这些前景光明的智能材料正在空间展开结构、变形结构、智能轴、光学反射镜以及智能纺织面料等特殊领域中得以开发和验证。

海南阿陀岭4种加勒比松林分直径分布规律研究

为了给海南省低质低效次生林分的改造经营提供科学、合理的参考依据,利用正态分布、对数正态分布、Weibull分布、Γ分布4种分布函数分别对阿陀岭的4种加勒比松林分的直径分布规律进行了分析研究。结果表明:(1)4种林分的直径分布曲线均为左偏态,林木株数均偏向中小径阶;(2)加勒比松与台湾相思混交林和加勒比松与海南柃混交林用Weibull分布函数拟合的效果更好,加勒比松与浙江润楠混交林用Γ分布函数拟合的效果比较理想,加勒比松纯林用Weibull分布和Γ分布函数拟合效果接近,无显著差异。说明Weibull分布对4种林分的适应性和灵活性最强,正态分布最差,Γ分布和对数正态分布居中。

带有典型缺陷的金属蜂窝夹层结构的剩余强度研究

通过对带有典型缺陷的薄壁高温合金蜂窝夹层结构进行侧拉伸和侧压缩、平压缩和三点弯曲等力学性能测试,得到了带有不同缺陷形式的结构在不同载荷形式下结构剩余强度随着缺陷尺寸增大的变化规律。得到的结论为薄壁高温合金蜂窝夹层结构的服役可靠性及其损伤容限体系的建立奠定了必要的实验研究基础。

海南俄贤岭石灰岩山地海南凤仙花所在群落植物区系及生态特征

通过样方调查对海南俄贤岭石灰岩山地海南凤仙花Impatiens hainanensis所在群落的植物区系及生态特征进行了分析.结果表明,在总面积为800 m2的样地中,共记录了维管植物46科76属83种(含种下单位),以兰科(16种)、水龙骨科(5种)和大戟科(4种)等为优势.属的区系成分以泛热带分布(18属)和热带亚洲(印度-马来西亚)分布(15属)为主.群落以灌木层(29种)和草本层(45种)为主,灌木层以海南大戟Euphorbia hainanensis为优势,草本层以玫瑰毛兰Eria rosea占优势;藤本层植物9种,以眼树莲Dischidia chinensis为优势.生活型以矮高位芽(57种)为主.频度等级分布规律为A>B>D>C>E,属于A级的种类最多,有41种,其中草本层20种.与相同生境的海南大戟灌丛群落进行了比较,并对其有效保护提出了初步建议.

基于形状记忆聚合物复合材料航天航空可变形结构技术研究进展

形状记忆聚合物及其复合材料是一种在相应的外界刺激下可以在临时形状和初始形状之间进行切换的智能材料,具有低密度、低成本、可回复变形大,刺激方式可控等优点,在航天航空领域,如:空间可展开结构、锁紧释放机构、变体等,展现出来了巨大的应用潜力。这些应用大多处于开发阶段,一部分完成了地面功能验证,少部分进行了航天实验。本文首先总结了形状记忆聚合物(SMP)和形状记忆聚合物复合材料(SMPC)的分类,以及恶劣的空间环境因素下SMP的性能变化。随后总结了SMPC的空间可展开结构,包括:铰链、桁架、太阳能电池阵;SMPC的解锁释放结构;SMPC的变体结构以及基于4D打印的SMPC可展开结构的潜在应用。最后,对形状记忆材料和结构的发展前景进行了展望。

形状记忆聚合物复合材料在空间可展结构中的应用研究

传统的机械式可展开结构往往存在机械结构较复杂、质量较大、展开过程易产生振动的缺点,而形状记忆聚合物复合材料具有低成本、低密度、比强度大,展开过程平缓,振动小的特点,这些特点使其成为解决空间可展开结构现在面临问题的一种可能手段。介绍了基于形状记忆聚合物复合材料的空间可展开结构的发展近况,其结构简单、振动小等特点有望使其在未来的航天领域得到更多的应用。

五指山市林地生态脆弱性动态变化研究

以五指山市林地为研究对象,利用AHP法、主成分分析法和GIS技术,从景观格局和生态敏感性相结合的角度对1998年、2003年、2007年和2012年五指山市林地生态脆弱性进行了动态研究。结果表明:1)2012年五指山市林地类型生态脆弱性为乔木经济林>桉树类>竹林类>灌木经济林>阔叶混>其他硬阔类>其他灌木林>针叶林。不脆弱区、轻度脆弱区、中度脆弱区、高度脆弱区和极度脆弱区面积占比依次为13.19%,18.47%,19.58%,23.02%和25.74%。2)1998—2012年五指山市林地类型的生态脆弱性先上升后稍有下降,人为干扰是林地生态脆弱性变化的主要驱动因素。3)五指山市林地生态脆弱性与聚合度指数极显著相关,与斑块密度和连接度指数显著相关,呈现"两极分化后趋于稳定,再迅速脆弱化"的发展趋势。4)地形地貌是影响五指山市林地生态脆弱性分布和变化的根源。

大气散射对激光制导武器对抗态势构建影响研究

从半主动激光制导武器科研试验态势构建出发,简要介绍了激光角度欺骗干扰体制和原理,利用制导激光信号在近地大气中传输的米氏散射模型,定量计算了激光全路径后向散射辐射照度分布,分析了后向散射激光对半主动激光制导武器试验态势构建的影响,最终给出装备布设距离的具体要求。

基于实测数据的激光离轴警戒距离评估技术研究

通过分析和总结以往激光警戒设备离轴探测距离的测试和评估方法,提出了一种基于概率统计和多次曲线拟合的评估新方法。利用试验外场的阵地保障条件,测得了典型指示激光源远场激光辐射照度分布,建立了单点处指示激光辐射照度概率分布模型,再通过多次曲线拟合得到离轴探测距离与指示激光辐射照度关系曲线,进而得出在任意探测概率下激光警戒系统的极限探测能力。

激发小学生写作兴趣的策略探索

作文是小学语文教学中的难点。传统作文教学中,教师先讲析、学生后写作的单一的作文教学模式是导致部分学生觉得作文难、怕作文甚至讨厌作文的主要原因。教师要激发学生的写作兴趣,改变传统的作文教学模式。教学时教师要做好充足的准备工作,帮助学生克服怕作文、谈“作文”色变的心理障碍,利用课余时间多开展一些学生实践活动,引导学生通过写作展示成功的喜悦。只有这样,才能激发学生的写作灵感,提高学生的写作兴趣。