职教本科院校公共基础课程教学创新与思政融合研究——以大学物理“夫琅禾费圆孔衍射”为例

以职教本科院校公共基础大学物理课程波动光学篇章的“夫琅禾费圆孔衍射”教学实施为例,讨论了职业院校公共基础课程教学创新以及课程思政有效融合的研究和实践.在教学过程中,教师创新教学方法、优化教学内容,将大学物理课程与思政元素有机融合,赋予大学物理课程创新教学模式,激发并保持学生的学习兴趣,通过探索物理现象,揭示隐藏其中的物理规律,培养学生良好的思维习惯和科学的实践探索能力.

碰撞激发弹塑性波传播的动态子结构方法

通过建立弹塑性碰撞动态子结构模型,推导了模态坐标下的控制方程,提出了模拟柔性结构碰撞激发弹塑性波传播的动态子结构方法,并对其中的主模态的存在性和主模态截断的收敛性进行了证明.通过对柔性杆纵向碰撞和柔性梁横向碰撞两个算例的计算,并将计算结果与理论解和三维动力有限方法计算结果进行了对比,验证了该方法的数值收敛性和计算碰撞弹塑性波传播的有效性.

杆撞击中弹塑性波传播的动态子结构方法研究

通过建立杆弹塑性碰撞的动态子结构模型,推导弹塑性撞击子结构动力学控制方程,采用固定界阶模态综合法和无条件稳定积分法(Newmark隐式积分法)对动力学方程进行求解,成功地将动态子结构方法运用于柔性杆的弹塑性撞击问题。与有限元方法的计算结果和理论解结果的对比表明,动态子结构方法可以应用于柔性杆的弹塑性撞击问题的研究,它能够较精确地计算弹塑性撞击力响应,计算撞击瞬态弹塑性波的传播,并可有效地研究弹塑性波传播、反射、弹性波和塑性波相互作用等主要瞬态波传播规律。

简支梁弹塑性碰撞响应动态子结构方法

针对简支梁结构弹塑性碰撞响应问题,建立了碰撞子结构模型。基于弹塑性有限元理论和模态综合方法推导出了该碰撞子结构模型在模态坐标下的动力学控制方程,将动态子结构方法推广应用于柔性梁结构的弹塑性碰撞响应研究。采用接触模型考虑碰撞位置局部变形,数值计算表明,该方法可以计算复杂变化的弹塑性碰撞接触力响应,梁上二维动态弹塑性应力场,动态位移场,角位移场和横向振动速度场等动力学变量,还可以描述碰撞激发弹塑性波的传播和塑性铰形成过程这类复杂的瞬态动力学现象。通过对比计算得到的碰撞接触力响应,弹塑性波传播特征和塑性铰形成过程与有限元计算结果和塑性动力学理论,证明了该动态子结构方法研究柔性梁结构弹塑性碰撞动力响应问题的有效性和合理性。

碰撞激发弹粘塑性波传播的动态子结构方法

基于固定界面模态综合法,将柔性结构划分为多个子结构,采用添加-删除技术处理接触约束,建立柔性结构弹粘塑性碰撞动态子结构模型。考虑冲击载荷作用下出现的材料的应变率效应,采用Cowper-Symonds本构关系,推导柔性结构在模态坐标下的碰撞动力学方程,提出柔性结构碰撞弹粘塑性波传播的动态子结构方法,并通过理论证明主模态的存在性和主模态截断的收敛性。运用该方法分析直杆纵向碰撞和简支梁横向碰撞问题,计算结果表明,弹粘塑性波的传播速度,超应力效应,以及超应力幅值逐步衰减等波传播特征,均符合弹粘塑性波的理论特征。同时,通过将碰撞力和弹粘塑性波的数值计算结果与三维动力有限元解进行对比,验证了该方法的数值收敛性和计算碰撞弹粘塑性波传播的有效性。

刚性质量对自由梁的弹粘塑性次撞击

采用过应力模型,考虑局部撞击接触变形和自由梁动力响应中的材料应变率效应,提出能够考虑多次撞击接触行为的单轴压缩弹粘塑性局部接触变形模型,并结合有限差分方法和撞击与分离条件,研究刚性质量水平撞击弹粘塑性自由梁的全过程。研究发现,该水平撞击过程实际上是一个复杂的弹粘塑性次撞击过程,梁材料的应变率效应在局部接触变形行为和自由梁的动力响应行为中有着显著的作用,导致撞击力幅值、弹性变形和塑性变形等发生明显的变化。通过与三维动力有限元法的计算结果的比较表明,所提方法是合理的。

球-梁弹塑性次碰撞的试验研究和数值仿真

次碰撞是柔性结构碰撞时特有的物理现象。为观测和深入研究这一现象,专门研制了一套柔性结构次碰撞试验平台。借助该试验平台,结合Hertz碰撞理论和动态子结构方法,对钢球坠落碰撞简支梁过程进行了详细的试验测试和数值仿真,观察到了复杂的次碰撞现象,深入探讨了次碰撞的碰撞接触时间规律和主要影响因素。研究结果表明,动态子结构方法可以作为球-梁弹塑性次碰撞行为分析的一种有效的数值计算手段。研究发现,在低速碰撞时Hertz碰撞理论所揭示的碰撞接触时间规律仍然适用于首个次碰撞过程,表明局部接触变形主导了首个次碰撞过程。次碰撞现象一旦发生,将导致简支梁碰撞端位移响应的前三阶振幅比和第一阶相位角均发生明显的变化。进一步的探讨则发现,次碰撞的发生与球-梁质量比、碰撞初速度和碰撞位置等因素密切相关,若用质量比来度量次碰撞的发生条件,发现存在一个质量比阈值,只有满足该质量比阈值,才会出现次碰撞。

刚性质量对简支梁的多次塑性撞击

基于刚塑性动力学理论和单轴压缩弹塑性接触模型,对刚性质量水平撞击简支梁的问题进行了理论研究。研究结果表明,刚性质量撞击简支梁的过程是一个复杂的多次塑性撞击过程,存在2个明显的撞击区。每个撞击区包含复杂的次生撞击过程。两个撞击区的撞击冲量相当,第二撞击区中的多次撞击过程将对梁的撞击物理行为产生重要影响。撞击物质量对撞击动能损失率有明显的影响,随着质量的增加,首次撞击过程的动能损失率减小,后续撞击的动能损失率增加。通过与动力有限元的计算结果的对比研究表明,在理论上大为简化的塑性动力学理论,能够描述复杂的多次塑性撞击过程,刻划具有明确物理意义的塑性变形状态,对结构的主要撞击响应特征的预测合理。

双柔性杆弹塑性碰撞动态子结构方法的研究

针对双柔性杆碰撞问题,考虑杆的弹塑性波传播,推导动力学控制方程,建立动态子结构模型,提出双柔性杆轴向碰撞的动态子结构方法。通过与三维弹塑性动力有限方法的对比表明,该方法的数值计算结果合理、精确,不仅能够计算复杂多变的碰撞力响应和变形响应,而且能够准确计算碰撞弹塑性波的传播,清晰刻画弹塑性波的传播、反射、相互作用等波传播规律。因此,可以作为一种研究多柔性杆弹塑性碰撞响应的有效的数值分析手段。

刚性质量对自由梁的塑性次撞击

针对接触和分离对撞击响应的影响,该文基于刚塑性动力学理论和单轴压缩多次弹塑性接触模型,研究了刚性质量水平撞击自由梁的过程。研究结果发现该撞击过程是一个复杂的多次塑性撞击过程,按照撞击力变化形式可以划分为两个撞击区,计算结果表明该两个撞击区的总冲量相当。塑性次撞击造成撞击能量以间歇方式传递,并且大部分撞击能量是由后续次撞击传递给梁的。不断出现的次撞击将迫使移行塑性铰作短暂的往复运动。通过与三维动态有限元方法的比较表明,刚塑性动力学理论可以应用于塑性次撞击问题的研究,并可获得梁撞击响应的主要特征。

刚性质量对自由梁的弹塑性次碰撞的若干特征

该文基于Rayleigh梁理论,采用局部弹塑性接触模型,结合有限差分方法和碰撞-分离条件,研究了钝圆柱头质量水平碰撞自由梁过程中的弹塑性次碰撞过程。研究发现,整个水平碰撞包含了复杂的弹塑性次碰撞过程,整个碰撞过程由分别位于碰撞压缩相内和恢复相内的两个明显的次碰撞区组成。第二碰撞区的出现,导致梁出现了二次瞬态变形激发现象。碰撞激发了梁一阶位移响应和高阶速度响应,一阶位移响应与次碰撞区的形成有着本质的联系,次碰撞的形成过程与高阶速度响应密切相关。另外,次碰撞显著地改变了碰撞能量的传递方式,导致了单向、间歇式的碰撞能量传递模式。研究表明,次碰撞与次碰撞激发的自由梁响应之间存在着复杂的耦合力学机制。

基于虚拟仿真平台的大学物理实验教学模式与创新人才培养探究

通过分析大学物理实验教学的现状以及基于虚拟仿真平台的大学物理实验课程建设的内涵,总结了虚实结合的大学物理实验教学课程的建设思路和建设目标。教学中教师应创设教学情境,引导学生学会观察实验现象、分析实验原理、创建物理模型、总结物理规律。线上线下、虚实结合的教学模式贯穿教学始终,极大地提高了大学物理实验课程的效率,同时也能激发学生的学习兴趣,进一步地提升学生的创新能力和创新素养。

信息化课堂教学设计--以“刚体定轴转动的角动量及角动量守恒定律”为例

遵循“学生主体、教师主导”的教育教学理念,借助信息化教学工具,合理有效地设计好每一个教学环节.采用演示、体验、探究、问题导向和分组讨论等教学手段和方法,让学生在课堂中自主发现问题、分析问题并解决问题,实现“学生做中学、教师做中教”,大大提升教学效果.

梁撞击弹塑性波传播的动态子结构方法的研究

该文针对简支梁横向弹塑性撞击问题,建立动态子结构模型,推导了相应的动力学控制方程,并采用Newmark隐式积分法进行求解,将动态子结构方法应用于撞击激发弹塑性波传播问题的研究。考虑局部弹塑性接触变形,通过对撞击激发的弹塑性波传播,包括弯矩波、挠曲波、速度波和应力波传播过程的计算,研究动态子结构法分析弹塑性波的传播特征,弯曲波的弥散特征,以及塑性铰形成机理等的合理性。经过与三维动力有限元计算结果的比较表明,动态子结构方法可以合理地应用于柔性梁中弹塑性撞击瞬态波传播问题的研究。

基于降阶模型的弹塑性瞬态响应求解

结合塑性力学理论和模态综合技术,提出一种快速分析柔性结构在冲击载荷下的弹塑性瞬态响应的求解方法。该方法基于'伪力'思想,通过引入预测参数将弹塑性变形导致的非线性特征近似等效为一具有力量纲的外载荷,并置于控制方程右边保持方程左边线性,而后采用模态综合技术建立原系统的降阶模型,并给出相关方程的求解方法。经此变换后,用于建立降阶模型的模态变换矩阵只需计算一次,且在整个响应计算过程中保持不变,有效地提高了计算效率。通过计算柔性简支梁在谐振载荷和碰撞载荷下的弹塑性响应,并与全模型的计算结果对比,验证了该方法求解柔性结构弹塑性瞬态响应的准确性和高效性。