新工科背景下智能制造人才图学思维培养的探索

智能制造新工科建设是新技术发展背景下高等教育围绕服务国家战略需求开展的实践探索与研究,如何在新需求下做好工程图学课程教学,满足当下学生诉求和社会需求,成为加强课程建设和发展的瓶颈。图学思维是工程图学课程对学生培养的核心素养,建立图学思维能力培养的教学体系,开展工程引导式教学,可成为新时代下工程图学课程教学改革新策略。

超材料结构增材制造技术及其应用研究进展

超材料结构因具有精确操控电磁波/声波的相位、传播模式等特性而在军事隐形及伪装、通讯、国防安全及医学成像等方面有着重要的科学研究价值和广泛的应用前景,它的研究是近年国际学术界和工程界研究的热点之一。总体来说,国内外超材料结构的研究极大地促使超材料结构器件向轻薄化、宽频带及高性能的实用化方向发展,但制造技术与电磁、声学、物理、材料等学科的交叉亟待加强,需要加速探索超材料结构研究向大规模制造跨越的实现途径,推动其快速向应用化方向发展。本文梳理了增材制造工艺在超材料结构制造中的应用现状,讨论了超材料结构功能器件方面的研究进展,并对今后超材料结构研究的发展趋势进行了探讨和展望。

蛭石-有机复合高性能吸水材料吸水保水特性研究

介绍了蛭石有机复合高性能吸水材料的制备方法,指出其吸水倍率可达280.5g/g。在自然状态下与纯水相比,可延长蒸发15天;在土壤中吸水饱和与未掺加吸水材料的土壤相比,可延长水分的保持时间。

利用粉煤灰和废玻璃粉制备新型墙体材料的研究

以粉煤灰、废玻璃粉及水玻璃为原料,通过烧结发泡工艺进行了新型轻质墙体材料的正交试验制备研究。分析了粉煤灰用量及焙烧时间对材料性能的影响,确定了影响材料性能的主次因素以及最佳制备工艺参数。研究中发现,随粉煤灰用量的增大及焙烧时间的延长,材料的抗压强度、抗折强度及吸水率均增大,但材料的密度则随粉煤灰用量增加而增大,随焙烧时间延长而降低。材料制备中原料配比是影响材料性能的主导因素,而焙烧时间则为次要因素。进行了材料制备条件的优选,并在此基础上进行了新型墙体材料试制。产品强度高,质量轻,且吸水率低。当粉煤灰用量分别为50%,新型墙体材料强度可以分别达到普通烧结砖MU30强度标准等级,而密度则降低近1/2。

粉煤灰轻质墙体材料的试验研究及机理分析

以粉煤灰和废玻璃为主要原料,加入一定量的粘结剂,采用低温烧制新型粉煤灰轻质墙体材料。分析了材料用量、焙烧时间以及原料成分对墙体材料的影响,探讨了反应的机理。

水镁石纤维及其复合材料研究

主要介绍了水镁石纤维的微观结构和物化性能,探讨了水镁石纤维在水泥基复合材料、气凝胶超级绝热材料和包装阻燃纸材料中的应用研究,并给出了今后的研究重点及建议。

两种矿物/有机农用吸水材料的特性比较研究

膨润土和蛭石均为新疆的优势矿产资源,利用高能球磨的方法对膨润土与蛭石进行有机单体插层,使膨润土与蛭石产生剥离,形成一种具有纳米复合结构的有机—无机复合型新型吸水材料,对这两种吸水材料的吸水保水特性进行了对比研究。

Lightweight broadband microwave absorbing metamaterial with CB-ABS composites fabricated by 3D printing

The self-similarity,high geometric symmetry and spatial utilization properties of fractal structures provide new methods for the development of absorbing metamaterials.In this paper,the microwave absorption properties of the gradient dendritic fractal metamaterial structure(GDFMs)based on carbon black and acrylonitrile-butadiene-styrene composites were investigated.The optimal metamaterial structure has an effective absorption in the frequency range of 4.5-40 GHz.The rotational-symmetry GDFMs leads to the polarization independence,and the GDFMs exhibits a wide-angle absorption performance for both TE and TM waves.It is expected that the proposed GDFMs has good application prospects in electromagnetic wave absorption.

宽频可调声非对称传输器件设计

频带窄和结构复杂是现有非对称传输声学器件设计中的主要问题。设计了一种声学超表面弯管结构非对称传输声学器件,该器件在6000～8500Hz频带的宽频范围内实现了正向导通而反向截止的声单向传输特性。透射型超表面单元结构与背景介质良好的阻抗匹配使得该声单向器件在导通时具有较高的透射效率。通过调节弯管倾斜角度得到了效率较高的单向传输设计方案。同时,通过调节透射型超表面的旋转角度,实现了双向隔声性能,并研究了双向隔声的控制规律。该设计为声波非对称传输提供了一种简单的实现方法,在宽频噪声控制和超声医学等领域都具有潜在的应用价值。

多层级异质异构吸波超材料功能化设计及熔融沉积3D打印

针对吸波材料向工程应用方向发展需具备轻质和宽带吸波的关键需求,提出了一种有损谐振结构和功能化介质层调控的多层级复合异质异构吸波超材料,通过对介质层进行仿生结构化设计实现吸波超材料轻量化和宽带吸波性能。将热塑性聚合物材料和银铜合金复合制备了特定电导率的复合材料,通过优化银铜合金重量比和复合材料的打印工艺实现了谐振结构电导率的精确控制。基于此,设计了两层有损谐振结构层来调控宽带阻抗匹配和欧姆损耗,利用双材料熔融沉积3D打印工艺实现了多层级异质异构吸波超材料的可控制备。所制备的吸波超材料等效密度为0.3 g/cm3,电磁性能测试结果表明在垂直入射条件下,吸波超材料在3.8~19.24GHz频段实现了高效吸波性能。同时,电磁波在横电波(Transverse electric,TE)和横磁波(Transverse magnetic,TM)模式下、入射角在50°范围内时,吸波超材料都具有良好的宽带吸波性能。这种多层级异质异构吸波超材料的设计和制造方法为推动吸波材料向工程应用化方向发展提供了技术支撑。

超表面异质结构的熔融沉积复合成形工艺及其电磁伪装性能研究

超表面异质结构曲面共形电介质基底和金属单元序构的集成制造是阻碍超表面电磁伪装技术向工程化应用方向发展的瓶颈问题。基于3D打印技术设计自由度高、适合复杂结构快速成形的优势,提出一种液态金属与聚合物异质结构的熔融沉积复合成形工艺。在现有聚合物熔融沉积成形(Fused deposition modeling,FDM)工艺的基础上,基于热压-微结构嵌合界面增强机理,实现了熔融Sn-Bi液态金属在聚乳酸(Polylactic acid,PLA)基底上的稳定沉积;进一步优化打印挤出流量和层高等工艺参数,实现了金属线条的可控成形;通过运动指令修正和动态流量补偿的方式,显著提升了熔融沉积复合成形工艺的复杂结构成形能力。最后,利用所提出的液态金属与聚合物熔融沉积复合成形工艺制备了一种梯形超表面电磁伪装结构。电磁测试结果表明,所设计的超表面样品在x极化电磁波垂直入射的条件下最大广义雷达散射截面(Radar cross section,RCS)缩减达到约-14.1 dB,即超表面样品与拟伪装目标的电磁反射特性达到约96.1%的相似度,3 dB缩减(即RCS缩减至50%)带宽约为33.6%,显示出优异的电磁伪装性能。这种液态金属和聚合物的熔融沉积复合成形工艺为曲面共形超表面异质功能结构的集成制造提供了一种有效方法,为推动超表面向工程应用方向发展提供了制造技术支撑。

一种熔融沉积3D打印的高性能超材料吸波结构

高性能超材料吸波结构是近年学术界和工程界研究的热点,它通过单元结构的周期阵列排布形成吸波超材料结构,实现超材料的吸波层与自由空间的阻抗匹配,大幅提高对电磁波的吸收率,在隐形技术、通信天线及微波成像等军事和民用领域具有广阔的应用前景。基于超材料阻抗匹配原理,提出了熔融沉积3D打印技术制备超材料吸波结构的方法,实现了一种由聚乳酸(Polylacticacid,PLA)单元空腔和具有优异电磁特性的蒸馏水复合组成的超材料结构的精确设计与制造,获得了在8.2~30.0GHz电磁波频带内具有90%以上吸波率的高性能超材料吸波结构。研究表明该超材料结构还具有良好的极化无关和宽角度吸波特性。所设计制造的超材料吸波结构具有性能强、厚度薄、质量小等诸多优异的特性,为推动高性能吸波结构的深入研究提供了一种新的思路。