基于课程思政的工程流体力学课程改革探索

工程流体力学是工程类专业的重要专业基础课程之一,是公共基础课与专业课之间的重要桥梁。课程思政工作是落实立德树人根本任务,将思想政治教育融入工程流体力学课程教学的战略举措,对学生专业知识掌握、培养思想品德具有十分重要的意义。以工程流体力学为例,提出以课程思政教育目标为引领的课程教学,根据课程内容和特点确定课程思政教育目标,探索专业课程和思想政治教育有机融合的教学方法,对教学内容中的工程案例和思政教育素材进行分类提炼,并进行相应的教学方案融合设计,实现课程与思想政治教育的协同,对非思政课中的课程思政教学具有一定的借鉴作用。

多炮孔岩体等离子体爆破定向致裂机理研究

为了研究等离子爆破技术结合切缝管和预切槽技术的定向致裂效果,开展等离子体电脉冲定向致裂试验,探究不同切缝管切缝形状和不同预切槽间距下等离子体爆破定向致裂机理和定向断裂效果,对比分析不同定向形式作用下等离子体爆破岩石定向断裂贯通效果.结果表明,与正楔形切缝管和平切形切缝管相比,切缝管岩石试件中倒楔形结构中产生的应力峰值最大,聚能效果最显著,其定向贯通岩石效果更显著.预切槽岩石的电爆聚能致裂效果随着钻孔切槽间距的增加而减小.切槽间距为40 mm时,预切槽岩石试件等离子体电脉冲的聚能效果优异,产生定向裂纹的效果明显优于切槽间距为50 mm和60 mm的预切槽岩石试件.同时,预切槽定向形式的等离子体爆破定向致裂效果相对于切缝管定向致裂效果更为显著.

岩石爆破基础理论研究进展与展望Ⅲ——波纹关系

岩石爆破“三大关系(本构、动静、波纹)”是爆破理论研究的重要内容,爆炸应力波与裂纹的相互作用是影响岩石破碎效果的关键因素.本文围绕“炸药爆炸能量释放与爆炸裂纹扩展的精细控制原理”这一关键科学问题,聚焦爆炸应力波与静止裂纹(岩体中既有缺陷)的相互作用、爆炸应力波与爆炸裂纹的相互作用、爆炸应力波作用下裂纹间的相互作用、地应力与爆炸应力波耦合作用下的裂纹扩展等四个方面,深入探讨了不同爆炸应力波的传播方向和强度对裂纹扩展行为(包括裂纹扩展方向、速度和长度)的影响规律.现有研究发现爆炸应力波在静止裂纹处发生反射和衍射,产生“双马赫锥”现象,致使爆炸能量较多地积聚在静止裂纹周围,诱导静止裂纹周围产生损伤和破坏;爆炸膨胀波对迎面爆炸裂纹的扩展有抑制作用,剪切波对其扩展有促进作用,而在爆炸应力波与同向爆炸裂纹的相互作用过程中,爆炸膨胀波和剪切波对裂纹扩展速度的影响则相反;爆炸荷载下相向扩展的两条裂纹互为自由面,产生“咬合效应”,形成相互勾连的形状;地应力场能够促进平行最大主应力方向的爆炸裂纹扩展,抑制垂直最大主应力方向的爆炸裂纹扩展,且地应力场的主应力差值越大,爆炸裂纹沿最大主应力方向的扩展长度越长.研究成果可为优化爆破炮孔间距、延期时间等参数,实现精细调控爆炸裂纹扩展提供理论依据.

爆后岩石裂隙结构可视化及定量表征方法

爆后岩石破坏特征的定量表征一直是工程爆破领域急需解决的关键问题,爆后岩石裂纹萌生、扩展演化直至贯通的过程是导致岩石破裂的主要原因。为了研究被爆岩石内部裂纹扩展和断裂模式的演化过程,利用工业CT对爆后岩石进行扫描观测,通过图像堆栈矢量化处理构建岩石三维裂隙模型,并对裂纹结构特征参数进行统计分析,定量化表征岩石破坏程度及裂纹扩展情况。结合数值模拟分析爆炸冲击波压力的衰减规律,通过SEM电镜扫描试验研究爆破过程中不同位置岩石的微观形貌特征,对比断口元素成分变化与断裂模式的关联机制。研究结果表明:用等效球体方法对岩体内不同尺度裂隙结构进行统计分析,微裂隙数目多且分布均匀,主裂隙体积大且连通性较好。随着裂隙等效球体直径的增加,裂隙表面积和体积整体上呈上升趋势;三维重构裂隙结构中裂隙率可以表征岩石局部裂纹扩展特征,爆炸近区裂隙率和三维分形维数远大于爆炸中远区的裂隙率和分形维数,说明岩石破裂过程中裂隙扩展演化主要在此阶段进行;相较于爆炸中远区,爆炸近区冲击波压力峰值高且衰减速率慢,使得整个爆破过程岩石微观断裂模式变化较大,大致呈现出由沿晶断裂向穿晶断裂、脆性断裂向塑性破坏的方向进行,非金属元素质量的变化对于各阶段断裂模式转变具有显著影响,断裂模式转变区域非金属元素质量发生明显减小。随着爆破作用的减弱,岩石破裂逐渐趋于无序和紊乱,破裂时断口也不限于解理面和晶粒边界。

锚杆钻车运行中支护承载结构及围岩受力变形分析

目的针对单轨液压锚杆钻车运行过程中支护承载结构及围岩受力变形难以观测分析的问题。方法利用研发的CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车,结合长城五矿1902S回风巷巷道现场情况综合分析钻车在大断面大倾角巷道动态运行的支护、承载及围岩协同受力变形特征。结果研究表明,钻车运行过程中吊挂板的受力变形在悬吊点处均达到峰值,工字钢在悬吊点的部分位移最小,与钻车直接接触的部分受力最大;锚索中部主要受到拉应力,靠近巷道一侧主要受到剪应力,而巷道两帮的锚杆拉应力主要分布在靠近巷道内部一侧;巷道顶板悬吊点处位移最大,两帮靠近顶板位移高于底板处,而巷道偏向低帮处底板的位移大于高帮处;以单轨液压锚杆钻车为核心的新型配套工艺可以有效控制围岩变形,支护效果良好,比传统以掘锚一体机为中心的机器化工艺掘进效率更高。结论研究明确了CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车在实际应用的可行性,解决了现有掘锚一体机难以在复杂地质条件下大断面煤巷自动化掘进支护的问题,提升了煤巷支护效果掘进效率,为CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车的现场应用提供了理论依据。

爆炸冲击波和爆生气体的动态作用演化机制的实验与数值分析

在岩石爆破过程中,爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析,对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包,通过纹影照片直观地显示爆生产物的动态作用演化过程。对比分析5种情况下爆炸冲击波和爆生气体在流场中的波动变化,将数值模拟结果与纹影实验结果进行对比并反演了炸药内部爆轰波动过程。结果表明:爆炸冲击波与爆生气体一开始伴随扩展,并以起爆点为中心向外以球形传播。在传播过程中,爆炸冲击波与爆生气体逐渐分离,爆炸冲击波传播速度大于爆生气体的传播速度。在不同的装药结构情况下,爆炸冲击波和爆生气体的分离特征不同,分离的时间随药包外壳约束作用的增强而缩短。在不同的炸药类型情况下,爆炸冲击波和爆生气体的波动形态基本相同,但因炸药材料本身物理力学参数不同,所以爆炸冲击波和爆生气体传播过程中的速度和压力变化会有差异。当存在切口时,爆炸冲击波和爆生气体会优先从切口处向外传播,然后向其他方向进行绕流,切口方向的压力和速度都会变大,切口方向能量集中且管壁优先破坏,达到定向破坏的效果。数值模拟中爆炸冲击波和爆生气体的波动变化形态与纹影实验结果在形态上较为吻合。

当代隐喻学视域中认知辞格的归并研究

深入剖析隐喻和转喻的内在逻辑关联,提炼出宏观描述意义构建的关键要素。隐喻和转喻须臾难离,共同支撑起认知辞格的理论框架;言过其实和低调陈述背道而驰,通过对标量值的调节实现特定的语义效果;反语看似自相矛盾,实则表达嘲讽语气;悖论和对顶移步换景,通过语义框架的重置实现语义适恰。剖析这些辞格的形式表达和语义内涵,阐述这些修辞格的内在性质和相互关联,总结概念表征和认知模型之间的对应方式,从而弥合非基本修辞格研究的不足,为构建统一的修辞语言研究框架提供一定的理论基础。

岩石爆破基础理论研究进展与展望Ⅱ—动静关系

炸药爆炸做功与岩体破碎耗能的耦合作用机理、炸药能量释放与爆炸裂纹扩展的精细控制原理,是岩石爆破基础理论需要解决的两个关键科学问题;“动静关系”研究是解决关键科学问题的重要途径之一.本文采用文献综述分析方法对2000年—2023年期间在中国知网数据库(CNKI)和科学引文索引数据库(WOS)收录的期刊论文进行了主题检索和分析,将岩石爆破“动静关系”研究划分为三个不同阶段:第Ⅰ阶段(2006年之前)、第Ⅱ阶段(2007年—2015年)和第Ⅲ阶段(2016年至今).确定了对“动静关系”研究有重要贡献的作者和研究机构,揭示了关键词及其共现关系,突出了研究的重点和趋势.通过对已有研究的系统梳理,结合作者团队已经开展的研究工作和成果,明确了新时期“动静关系”的研究方向,即爆炸应力波与爆生气体的动静能量分布与高效利用、考虑岩石爆破破裂真实物理过程的数值模拟算法、爆炸应力波与爆生气体动静破岩效果的量化调控.“动静关系”的深入研究将推动爆破工程从“经验主导”走向“理论指导”,从“粗放式”走向“精细化”.

岩石爆破基础理论研究进展与展望Ⅰ—本构关系

岩石爆破技术在国民经济建设中发挥着重要作用,尤其在资源开采、基础设施建设等领域.本文对岩石爆破本构关系进行了深入研究和探讨,在传统本构关系研究的基础上,提出了本构关系1.0、2.0和3.0的演化阶段,分别探讨了矛盾关系、能量平衡以及最小作用量理论.本构关系1.0从岩石与爆炸、冲击荷载的相互作用出发,强调了矛与盾的关系,重点分析了岩石材料的动态力学响应;本构关系2.0以能量为切入点,将含有节理裂隙、层理和腔体等缺陷以及显著各向异性的岩石视为复杂结构材料,研究荷载输入能量与材料破坏所需能量之间的动态平衡关系,解析结构强度与输入能、耗散能及可释放应变能之间的关联;本构关系3.0关注爆炸荷载下应力波的传播规律及其与介质破坏效应的关系,特别是通过最小作用量理论来优化能量的传播路径,提高炸药能量的利用效率.这些理论不仅揭示了岩石在不同荷载条件下的力学行为,还为优化爆破设计和改善爆破效果提供了理论依据.同时,本文结合人工智能和大数据技术,提出了岩石材料工程基因的概念,通过建立岩石基因库,系统化管理岩石的物理力学参数,构建性能预测模型,提升了对岩石特性的理解和工程应用的精确度.未来,岩石材料基因库有望在矿产资源开发、地质灾害防治和基础设施建设等领域发挥更大的作用,推动工程技术的发展和应用.

基于血清抗-HBc定量建立慢性HBV感染者显著肝组织病理学改变的无创诊断模型

目的建立慢性HBV感染者显著肝组织病理学改变的诊断模型,并评估模型的诊断价值。方法选取2011年12月—2017年12月在上海市公共卫生临床中心肝胆内科住院并进行肝活检且未经抗病毒治疗的457例慢性HBV感染者,收集患者的肝活检病理结果及常规实验室指标,并进行抗-HBc定量检测。依据Scheuer方法进行炎症分级(G)及纤维化分期(S),分为显著与非显著肝坏死性炎症、肝纤维化和肝损伤组。根据单因素分析和多因素logistic回归分析构建预测显著肝坏死性炎症、显著肝纤维化和显著肝损伤的数学模型,并与FIB-4、GPR、APRI、RPR利用ROC曲线分析评估模型的预测性能,根据ROC曲线下面积(AUC)比较诊断价值。结果457例患者中显著肝坏死性炎症(G≥2)178例,非显著肝坏死性炎症(G<2)279例,显著肝纤维化(S≥2)248例,非显著肝纤维化(S<2)209例,显著肝损伤(G≥2或/和S≥2)264例,非显著肝坏死性炎症(G<2和S<2)193例。根据单因素分析和多因素logistic回归分析结果,分别建立由抗-HBc、AST、PLT、TTR等指标组成的预测显著肝坏死性炎症的数学模型M-SHN,由抗-HBc、PLT、ChE、TTR、性别等指标组成的预测显著肝纤维化的数学模型M-SHF,及由抗-HBc、PLT、TTR、性别等指标组成的预测显著肝损伤的数学模型M-SHI,并通过ROC曲线分析各模型的预测价值,M-SHN模型的AUC为0.826(95%CI:0.788~0.860),M-SHF模型的AUC为0.776(95%CI:0.735~0.814),M-SHI模型的AUC为0.789(95%CI:0.748~0.825)。结论基于患者常规实验室指标及血清抗-HBc定量,建立了M-SHN、M-SHF、M-SHI模型,对于显著肝坏死性炎症、显著肝纤维化、显著肝损伤有较为可靠的预测价值,可帮助临床评估患者是否需要进行抗病毒治疗。

冲击荷载下夹层复合岩石能量演化及断裂特征研究

为研究冲击荷载下夹层复合岩石能量演化及断裂特征,选用砂岩、大理岩和花岗岩3种材料制成6组不同的夹层复合岩石试件,利用霍普金森压杆系统进行动态断裂冲击试验,研究不同复合岩石试件的裂纹扩展形态、应力波波形特征、裂纹尖端应力场和能量损耗关系,同时结合DLSM模拟结果,分析动态断裂过程中的应力波传播规律以及动能演化过程。结果表明:高速相机拍摄的动态断裂过程与DLSM模拟裂纹扩展过程具有良好的拟合度;裂纹的产生情况取决于层理弱面的破坏情况,相同冲击条件下,仅层理弱面不同的试件,层理弱面强度越低,裂纹扩展的时间越短且越靠前,夹层材料硬度越小,用于裂纹扩展的能量越多;在相同入射能量条件下,硬度较大的试件作为冲击端材料时,试件的反射作用较强,反射能量较大,透射作用较弱,透射能量较小,试件的能量耗散较大;层理面对应力波传播具有明显的阻碍作用,产生的透射波在尖端积蓄能量直至切缝起裂,试件综合硬度增大后,透射波明显减弱,并且传播速度减缓。

不同浸水作用下煤岩损伤及力学性质劣化规律

本文以宁夏煤业的灵新矿的煤样为研究对象,设置煤样含水率、干湿循环次数、高盐矿井水矿化度3个变量,系统研究煤样无损吸水特性及不同浸水作用下煤样的力学性质损伤规律。并结合声发射试验获得的特征参数,量化抗压强度和弹性模量与不同含水率、不同干湿循环次数、不同矿化度间的定量关系,分析不同变量下的煤样破坏特征及裂隙发育演化过程。结果表明:含水煤样的抗压强度及弹性模量与含水率和矿化度呈线性递减关系,与干湿循环次数呈指数递减关系;随煤样含水状态(含水率、干湿循环次数)的提高,煤样内部剪切裂隙的占比逐渐增加,之后增加幅度较小;三者对煤岩介质的力学性质都存在劣化作用。煤岩介质的浸水试验有效揭示了不同浸水条件的“水-岩”耦合作用下煤岩介质的损伤破坏机理,为确保地下水库煤柱坝体稳定性研究提供有效的参考,同时可以为解决煤炭开采过程中所产生矿井水难以有效储存和利用以及大量水资源损失等问题提供有效思路。

倒梯形巷道顶板全长锚索联合支护技术研究

针对长城五矿1902S回风巷倒梯形煤巷的高地应力产生的围岩稳定性差,支护体失效的问题,在实地调研施工现场后,结合FLAC3D数值模拟分析原方案的支护失效体制,并提出“全长锚固锚索+组合支撑钢墩柱+W型钢带+钢筋锚网+钢带”的联合支护技术,从顶板围岩的变形量和帮部相对移近量两方面来分析矿压显现规律。结论如下:原方案锚杆锚索的组合支护体应力偏分布,不能解决倾斜顶板帮角处出现的应力集中现象,全长锚索支护对应顶板离层和应力集中位置,并采用支撑钢墩柱对顶帮角处进行补强支护,矿压监测数据显示,该技术明显改善了顶板的围岩稳定性,有效地减轻了帮部的压力和变形,锚索的承拉效果明显强于锚杆,为解决不规则巷道的顶板支护提供了重要的实践经验。

岩巷掏槽爆破掘进数据库建立及参数优化研究

掏槽爆破掘进参数是岩巷钻爆法施工的关键参数,优化爆破掘进参数是确保钻爆法高效率施工的重要途径之一。依据1980—2022年共200个代表性爆破掘进案例,利用统计学方法分析了爆破参数在普氏系数和断面面积2个岩巷特征参数维度下的变化特征,通过构建爆破掘进案例数据库研究了岩巷掏槽爆破客观规律。结果表明:随着普氏系数增加,岩石极限抗压强度增大,为保证爆破效果,可适当增加炮孔长度和炸药单耗,同时也会略微增加单循环进尺,但岩石自身高应力导致的夹制作用会降低炮孔利用率;通常设置空孔为掏槽爆破提供新的自由面,通过应力波反射拉伸使得靠近自由面的岩体破坏区域更大,硬岩巷道更适合直孔掏槽爆破。在较大断面岩巷的掏槽爆破掘进过程中,岩石夹制作用较小,较小的炸药单耗可以达到良好的爆破效果,从而促进了单循环进尺和炮孔利用率的提高;由于大断面面积对岩石爆破的限制作用减弱,无需过分增加炮孔数量和装药量,相反适当减缓炮孔数量的增长速率也能够达到良好的爆破效果。上述分析可以为爆破参数优化、岩巷高效施工提供参考。

硅橡胶阻尼材料的研究进展

介绍了高聚物材料的阻尼机理与高聚物材料阻尼性能的评价,简述了丁基橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯、聚氨酯橡胶、无机填料填充、软硬段聚合物与有机硅共聚改性硅橡胶阻尼材料近年来的研究现状。

双孔爆炸应力波作用下缺陷介质裂纹扩展的动焦散试验

利用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统(DLDC),研究了两切槽炮孔爆破爆生主裂纹和由预制缺陷尖端衍生的次裂纹扩展的动态力学行为。研究结果表明,两切槽炮孔同时起爆后,爆生主裂纹没有相互交汇贯通而是止于预制裂纹断面处,表明缺陷对定向断裂控制爆破效果有着重要的影响;次裂纹与主裂纹并没有直接贯通,而是呈"勾连状"的止于对方裂纹面上。与水平预制缺陷相比,垂直预制缺陷对主裂纹的扩展影响更大,其次裂纹在拉伸应力场的作用下而以I型扩展;当膨胀P波与运动着的裂纹相互作用时,裂纹扩展速度和裂尖动态应力强度因子都减小。

爆破工程实验教学创新平台构建

针对“爆破工程”实验教学中存在的问题,结合高校和科研院所自身的实际情况,提出了搭建爆破工程实验教学创新平台的思路。通过自主设计研发和引进金属丝电爆炸破岩装置、室内小药量岩石爆破破碎装置、爆破智能专家系统与虚拟仿真系统组合等手段,构建了综合创新平台。主要包括3个模块:非化学反应的爆炸加载、岩石爆破效果的定量评价、现场工程爆破参数自动优化设计及作业仿真。该平台的主要特色在于用金属丝电爆炸代替传统化学炸药破岩,实现了爆炸动载的实验室模拟;确立了室内小药量岩石爆破损伤破裂程度的评价方法;实现了现场爆破施工图表的自动绘制和爆破全过程的虚拟仿真反演。学生利用该平台,开展了非化学反应的爆炸加载破岩试验、不耦合装药爆破破裂程度量化研究、巷道爆破图表自动绘制与掏槽爆破虚拟仿真研究,效果良好。该平台也可用于开展其他创新性实验。

甲基乙烯基硅橡胶/丁基橡胶的阻尼性能与热稳定性研究(英文)

用共混-硫化法制备了甲基乙烯基硅橡胶/丁基橡胶(PMVS/IIR)复合材料,并采用拉伸测试和动态力学测试(DMA)、TG分析了材料的力学性能、阻尼性能和在空气中的热稳定性。结果表明,通过改变聚合物组分的配比和硫化剂的用量,可得到力学性能较好的复合材料。DMA测试表明,与硅橡胶相比,在以酚醛树脂作为硫化剂时,复合材料的阻尼温域从0℃拓宽到近150℃(-50～100℃),阻尼因子从0.12提高到0.69。所制备出的材料可作为阻尼材料使用。

爆炸荷载下缺陷介质裂纹扩展规律数值分析研究

利用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统,同时借助ABAQUS有限元分析中内聚力模型数值计算方法,研究了爆炸应力波作用下缺陷介质裂纹扩展规律,并将试验结果与数值计算结果进行了对比。研究表明:在爆炸应力波作用下预制缺陷两端产生了两条翼裂纹A、B,扩展长度基本相同,方向垂直于预制缺陷。两条翼裂纹的扩展基本是对称的,只是在尾端发生轻微翘曲;翼裂纹扩展速度先增大至峰值又振荡减小,之后又增大至第二个较小的峰值,然后又减小,这种变化趋势和裂纹尖端应力强度因子KⅠ保持一致;扩展角β为85°时,计算结果较为接近试验,内聚力模型为动态裂纹扩展的研究提供了一种有效的方法。

压电陶瓷/NBR复合材料阻尼性能研究

采用机械共混法制备压电陶瓷/NBR复合材料,并对其拉伸性能和阻尼性能进行研究。结果表明,当压电陶瓷用量为200份时,复合材料的拉伸性能和阻尼性能较好;极化可提高复合材料的阻尼性能;随着外加交变作用力的增大,极化后的复合材料阻尼性能提高。