“自然地理学”线上线下混合式一流课程建设探讨

线上线下混合式教学是新时代高校教学的一种新方式,其教、学形式灵活多样,利于学生学习知识,也利于激发学生的学习兴趣。“自然地理学”内容庞杂、原理抽象、时空跨度大、系统性强、综合性强。为提高课程的教学质量,课程组根据一流课程建设要求,构建了“自然地理学”线上线下混合式课程。在分析课程教学现状基础上,从课程目标、课程内容、教学模式、课程过程管理和考核等5个方面进行课程设计和建设。课程引入思政元素,合理应用线上线下各类资源和各种教学手段,激发了学生学习的主动性和积极性,提升了教学质量,提高了学生综合素质和创新能力。

聚氨酯上浆剂处理PBO纤维复合材料的界面性能

为了提高聚对苯撑苯并二噁唑(poly-p-phenylenebenzobisoxazole,PBO)纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性水性聚氨酯得到上浆剂,然后对酸化后的PBO纤维进行表面涂覆处理。采用XPS和EDS分析PBO纤维表面的化学组成,利用SEM研究PBO纤维表面及其复合材料撕裂面的形貌,并对PBO纤维的单丝及复合材料的力学性能进行分析。结果表明:经过上浆剂包覆的PBO纤维表面活性基团明显增多,表面O/C(原子比)由0.16提升至0.25,上浆剂能有效修复纤维表面的缺陷;通过调控纤维表面上浆剂含量和结构,可使PBO纤维/环氧树脂单向复合材料的层间剪切强度提高到41.3 MPa,拉伸强度增加到1.70 GPa,相较于未处理的复合材料分别提高了44.9%和15.6%。

“复合材料界面”课程思政元素梳理的探讨

“复合材料界面”是首批国家级一流本科专业建设点——武汉理工大学复合材料与工程专业的专业课程,核心内容是材料表面和界面理论,具有强烈的工程应用背景突出特色。将思政元素融入课程教学中,使学生在专业知识和思想政治等多方面汲取营养,同步提升大学生的专业素养和道德情操,鼓励和引导大学生在青春的赛道上奋力奔跑,是课程教学研究与改革的重要内容。针对在“复合材料界面”课程教学案例中融入思政元素的方法,及与专业知识点有机融合产生的问题进行了梳理和总结。

连续纤维增强热塑性复合材料热压成型工艺研究进展

连续纤维增强热塑性复合材料(CoFRTP)具有损伤容限高、成型周期短及可回收利用等优点,在航空航天及新能源汽车等领域能够规模化应用。热压成型工艺因其高效率、低成本的优势得到广泛的关注,但由于该工艺涉及成型参数多,以及成型过程中材料大变形、非线性、多相变等多场耦合的特点,所制构件易产生褶皱、纤维开裂及外形尺寸变形过大等质量缺陷,对构件力学性能的稳定及后期装配带来极大挑战。为克服传统试错法低效率、高成本的缺点,提高热压成型设计效率,本文重点对热压成型工艺及其相应有限元数值仿真方法进行综述。本文从CoFRTP应用现状及制造关键、热压成型工艺过程分析及研究现状和热压成型工艺仿真方法3个方面展开,最后对后续的研究工作进行展望。本文将为CoFRTP高效率和高质量成型提供理论指导,对相应的结构设计和工程应用起到推动作用。

三维粘弹性复合材料层合板固化残余应力研究

应用改进的有限元算法,综合考虑了碳纤维复合材料固化过程中树脂的化学收缩、应力松弛、材料的热收缩,建立了一个基于三维线性粘弹性的积分模型对复合材料层合板热压罐成型工艺过程中产生的残余应力进行了研究。结果表明：本文提出的方法能够完整地模拟树脂的固化过程并计算层合板的固化残余应力;对于文中的正交对称层合板而言,热收缩是影响残余应力大小的主要因素;固化完成后,0°铺层内的中面中心区域层间残余应力值接近于0,边缘区域会迅速增加,容易发生分层破坏;任意点处,轴向应力比其他两个方向的应力高出1~2个数量级;残余应力值沿厚度方向有较大变化;树脂的应力松弛行为会在一定程度上降低残余应力。

复合材料成形过程中模具-构件作用的一种表征方法

利用光纤Bragg(布拉格)光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器,结合理论模型,对碳纤维复合材料(CFRP)热压罐成形过程中模具-构件间的作用力进行了研究.结果表明,在模具表面涂覆脱模腊的条件下,模具与构件界面间不仅存在滑动摩擦力,还会发生粘接作用.固化完成后,温度下降使模具与构件产生不同程度的变形,导致粘接力上升,达到极限值时发生脱粘现象.脱粘首先发生在边缘,沿模具长度方向向中心移动.模具与构件热膨胀系数的差异是摩擦力产生和构件发生变形的主要原因.

燃煤电厂玻璃钢烟道设计与研究

经过湿法脱硫且不加装烟气加热装置的烟气的温度比较低,烟气在烟道内壁冷凝产生大量的冷凝液,对烟道的腐蚀很大,玻璃钢烟道集功能性和结构一体,能满足电厂的运行要求。本文首先阐述了玻璃钢烟道在国内外的应用研究现状,在国外玻璃钢烟道的安装数量不断增加,已经成为主要烟道防腐材料之一;国内玻璃钢烟道应用已有几年时间,发展较快,已经出版了相应的设计标准或产品标准。但总的来说,国内对玻璃钢烟道设计及施工认识还不够。最后作者利用自己参与的玻璃钢烟道、烟道工程及相关的玻璃钢制品的设计经验,对玻璃钢烟道树脂原材料的选材、玻璃钢烟道接口设计进行了简单的探讨和研究。

玻璃钢夹砂管道的环刚度有限元分析及应用

玻璃钢夹砂管环刚度是管道在外部载荷下抵抗变形的一个性能参数。本文通过对玻璃钢夹砂管道的环刚度定义进行剖析,剖析环刚度的有关设计及测试的根本方法,运用适用的有限元软件ANSYS建立玻璃钢夹砂管道模型并进行了分析计算,把计算结果和测试结果进行比较,确定有限元计算方法的可行性和精确性,为玻璃钢夹砂管道及类似管道的设计与优化以及工程应用提供方便。

玻璃纤维/树脂基复合材料性能参数的确定及影响因素研究

与传统金属材料不同,玻璃纤维/树脂基复合材料的结构性能参数离散度较大,直接选用结构测试的平均值作为计算参数的可靠度不高。因此,复合材料结构特性研究在设计中的应用越来越重要,设计时必须使用经统计处理后的强度性能。本文概述了复合材料A/B基准值的计算方法,比较了两种方法计算复合材料A/B基准值的精确度;分析了玻璃纤维/树脂基复合材料结构性能参数的影响因素。结果表明,随着样本容量的增大,复合材料A/B基准值的准确度越高,采用正态分布比采用Weibull分布更容易获得较高的B基准值。样本离散性越大,B基准值保持率越小。

基于Zinoviev理论的含孔复合材料层合板三维有限元渐进失效分析

建立了含孔复合材料层合板的三维有限元模型,以二维Zinovie理论为基础,结合改进的三维Hashin准则,对二维Zinoviev理论进行了简化和拓展,提出了适用于三维模型的刚度退化方案,完成了对层合板的渐进失效分析。从纤维失效、基体失效、分层失效三个方面讨论了层合板在拉伸载荷作用下的失效过程,并预测了层合板的拉伸极限强度及破坏模式。数值模拟结果与试验基本吻合,验证了所提出退化模型的正确性。

ANSYS二次开发在玻璃钢烟道设计中的应用

利用APDL语言对ANSYS进行二次开发,使用VB语言设计出关于玻璃钢烟道的界面程序。在界面里只需要输入相关参数,就可以快速实现玻璃钢烟道的参数化建模、计算以及后处理。借助这种二次开发,可以大大缩短烟道设计周期,提高设计效率。

基于FBG传感器的CF/GF混杂复合材料界面变形研究

利用FBG传感器对采用真空导入模塑工艺制作的CF/GF(Carbon Fiber/Glass Fiber)混杂复合材料在固化成型过程中以及成型后的界面性能进行了检测,此外,为了对比研究混杂复合材料的性能,还检测了CF/CF层和GF/GF层在成型和成型后的应变变化。结果显示:GF/GF、GF/CF和CF/CF复合材料的应变与温度之间存在良好的线性关系,且热膨胀系数的大小顺序为GF/GF层>GF/CF层>CF/CF层;FBG传感器监测CF/GF混杂复合材料热膨胀系数的转折温度与基体树脂的T_g值(79.09℃)相吻合;CF/GF混杂复合材料在20~120℃范围内升温、降温过程中未发生界面破坏。

工程教育专业认证背景下复合材料综合实验课程教学改革

本文根据工程教育专业认证要求,以培养具有社会主义核心价值观的合格社会主义接班人为目标,分析了我校复合材料与工程专业实验教学体系中存在的问题,从优化实验内容、改革教学模式和考核方式等方面进行了教学改革探索,突出了学生学习主动性及创新能力的培养。在实验教学中不断探索和完善,为学生的毕业要求和培养目标的达成奠定坚实的基础,最终实现实验教学的“持续改进”。实践效果证明,对“复合材料综合实验”课程教学改革两年多来,取得了显著的成效,学生对课程的评价普遍很高,对他们综合应用专业知识能力、解决实际工程问题能力、动手实践能力、创新能力以及写作能力和语言表达能力等都有很好的提升作用,达成了人才培养目标。

湿热环境下碳纤维增强乙烯基树脂复合材料长期力学性能

碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)因其耐腐蚀、轻质高强等特点被广泛应用于海洋环境,进而长期遭受湿热环境的考验。为了解湿热环境和极端温度对碳纤维增强乙烯基树脂复合材料的影响,测试了湿热老化前后和不同温度下CFRP的压缩性能、面内剪切性能和层间剪切强度变化。FTIR和SEM结果表明:纯树脂试样在湿热环境中发生了水解,使试样表面的微裂纹和孔隙不断扩展并向试样内部渗透;碳纤维的埋入抑制了水的扩散和水解,因而CFRP的吸湿曲线与Fickian模型高度吻合;纯树脂由于水解反应影响了吸湿通道使吸湿曲线偏离Fickian模型。力学性能表明:湿热老化90天后压缩强度和层间剪切强度分别降低7.6%、12.3%;试样在高温(70℃)下的压缩强度、面内剪切强度、层间剪切强度分别急剧降低36.2%、26.9%、37.4%,且高温对试样力学性能的影响具有部分可逆性。

基于多尺度数值模型的复合材料各向异性热膨胀系数预测

依据复合材料内部纤维在基体内的排布规律及层合板铺层特性,基于多尺度方法,建立单层板和层合板代表性体积单元(RVE)模型,施加相应的边界条件,预测单层板的热膨胀系数和工程常数,进而预测复合材料层合板各向异性的等效热膨胀系数。通过与实验数据对比发现,基于正六边形单层板RVE模型预测的热膨胀系数,相比理论预测值,整体更接近实验值,其中预测的单向T300/5208碳纤维增强环氧树脂基复合材料、P75/934碳纤维增强环氧树脂基复合材料和C6000/Pi碳纤维增强环氧树脂基复合材料的横向热膨胀系数与实验结果的误差分别只有3%、1%和2%;采用单层板RVE预测的单向ECR/Derakane 510C玻璃纤维增强乙烯基酯树脂基复合材料的工程常数与实验值最大相差7.5%;层合板RVE模型预测的正交AS4/8552碳纤维增强环氧树脂基复合材料厚度方向的热膨胀系数与实验结果误差可以忽略,只有0.08%。最后以大型复合结构常用的正交铺层结构为研究对象,基于给出的单层板和层合板RVE模型预测了不同铺层复合材料烟道层合板的等效热膨胀系数,环向铺层比例对厚度方向的热膨胀系数影响较小。

吸湿老化后碳纤维增强乙烯基脂树脂复合材料高低温力学性能

碳纤维增强乙烯基酯树脂复合材料(CFRP)是海洋和舰船工程领域广泛应用的结构材料,在复杂海洋环境和服役工况下,材料面临湿热和极端温度的考验。本文研究了树脂和CFRP在水浴过程中的质量和形貌变化及水浴吸湿后CFRP在3种测试温度下(−30℃、室温和70℃)的力学性能演变。FTIR和液相色谱-质谱联用实验结果表明乙烯基酯树脂在水浴过程中发生了水解,而吸湿后CFRP的微观形貌观察表明纤维-基体界面的存在会改变树脂基体的吸湿行为。低温、高温和水浴120天后室温测试环境下,CFRP的压缩强度相比未吸湿试样的室温初始强度,分别降低了27.4%、36.2%和32.8%;而低温环境下面内剪切强度提升了35%,高温环境下降低了27%,水浴120天后提升了7%,显示温度对CFRP面内剪切强度的影响大于湿热老化。此外,动态热力学性能测试显示初始阶段的吸湿会导致CFRP储能模量和玻璃化转变温度(Tg)降低,但后期储能模量和Tg会部分恢复。

热固性树脂基复合材料固化变形解析预测研究进展

在外部成型条件和内部材料各向异性的影响下,脱模后复合材料构件不可避免的产生固化变形,解析预测方法可以快速的预估复合材料的固化变形并能解释其潜在的变形机制,因而被广泛研究。本文介绍了热固性复合材料固化变形的产生因素和来源,并重点了详述了平板和曲型复合材料构件固化变形解析预测方法的最新进展,并分析其优缺点,为复合材料固化变形预测提供方向和参考。最后简要讨论了当前复合材料固化变形解析预测的主要发展方向。

一种灌封结构用环氧树脂的固化行为表征和模拟

以中高温固化的E39D环氧树脂为研究对象,基于顺序耦合热传导-固化和应力位移模块的数值仿真方法,选择合适的实验方法测试环氧树脂的固化性能,引入相关假设,推导与热传导-固化和应力位移模块相关的树脂固化性能参数和模型;然后,建立典型E39D树脂灌封结构的数值模型,模拟结构内部观测点在固化过程中的温度和应力演变,并基于FBG监测技术,与实验测试所得的观察点温度和应变进行对比;结果显示两者温度误差最大值为8.2%,应变的最大误差为17.3%,验证了固化性能参数测试方法和引入假设的合理性。

业务化MODIS BRDF模型对冰雪BRDF/反照率的反演能力评估

全球MODIS冰雪反照率产品在定量遥感中有着广泛应用,但由于该产品的业务化算法是建立在表征植被-土壤系统基础上的罗斯表层(RT)李氏稀疏互易核(LSR)的二向性反射分布函数(BRDF)模型(简称为RTLSR),因此该模型对冰雪的二向性反射及反照率的反演能力有待评估。本文基于地球反射极化和方向测量仪(POLDER)的多角度冰雪反射率数据,综合评估了RTLSR模型在表征冰雪二向反射及反演反照率等方面的能力。为量化评估结果,本研究基于渐进辐射传输(ART)模型,从POLDER冰雪数据中筛选出高质量数据,使用ART模型拟合的高质量结果作为参考,比较结果表明:(1)在表征冰雪方向性散射方面,RTLSR模型整体拟合精度较低。在1020 nm波段,其均方根误差(RMSE)最大可达到0.0498,相较于ART模型的拟合结果偏高了约53.70%;(2)在反演冰雪反照率方面,RTLSR模型与ART模型反演结果也存在差别,其决定系数为0.529,均方根误差为0.0333,偏差为-0.0274,基于RTLSR模型的反演结果低估了ART模型的反演结果。为了使核驱动模型能更准确地表征冰雪BRDF特征和反演反照率,该模型需要针对冰雪散射特点进行进一步的发展。

基于线性核驱动模型的BRDF模型集成与案例分析

二向性反射是自然界中物体表面反射的基本现象。为研究地表的二向性反射特征,国内外学者发展了一系列BRDF模型,其中,半经验、线性、核驱动的BRDF模型已被广泛应用。目前,我们已发布基于线性核驱动模型的可视化界面MaKeMAT。为进一步便于这些模型的应用,本研究将用户常用的物理BRDF模型与线性核驱动BRDF模型进一步集成,在原模型功能的基础上,加强了模型与用户的交互,实现了多个模型的统一调用。同时,初步分析了部分物理BRDF模型与线性核驱动BRDF模型的耦合效果。结果表明:物理BRDF模型与线性核驱动BRDF模型总体耦合精度较高,在红和近红外波段,决定系数R2可达0.899~0.989。该集成有助于用户进行BRDF的研究与应用示范,在遥感模型集成的技术层面上,也可为实现多模型集成提供技术参考。