基于虚拟仿真实验的实验力学混合式一流课程建设

为适应新时代创新型、复合型、应用型人才培养需要,针对实验力学课程进行了教学改革。以大量真实实验和数据为基础,借助信息技术建设了系列省级和校级虚拟仿真实验教学课程资源,同时融合与教学内容相关的课程思政元素、工程应用案例以及前沿学术成果等,开展了实验力学线上线下混合式一流课程建设实践,提升了课程教学质量和效果,有力支撑了力学高素质拔尖创新人才培养。

工程力学实验课程思政教学探索与实践

本文针对传统工程力学实验教学中如何有效引入课程思政元素问题,以西北工业大学的工程力学实验课程的组合梁弯曲正应力实验为例,注重对学生的价值观塑造和工程分析能力提升,通过选取贴近实际、贴近生活的思政元素,在课程的引入、力学模型理论分析、实验测试的各个环节将课程思政元素以润物无声的方式融入其中,让学生在学习的过程中得到思想认识的提升。通过对传统工程力学实验课程的思政教学探索,以更好地适应新时代背景下国家对高等教育人才培养的要求。

数字图像相关方法在实验力学教学中的应用

数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法以其非接触、高精度、全场变形测量等优点,在力学、航空、航天、土木工程、生物医疗等多个领域呈现出广阔的应用前景。将DIC方法引入课堂,以板件拉伸试验为例,通过DIC方法和有限元仿真给学生呈现拉伸变形的基本过程及切应力和滑移线等力学概念,并将DIC方法测试结果和传统的应变电测法及有限元仿真分析结果进行了对比,使得教学过程更具思辨精神,极大激发了学生的学习兴趣,取得了良好教学效果。

研究生连续介质力学课课程思政实施探索

研究生教育作为培养高素质创新人才的重要环节,在研究生专业课程中融入思政元素,有利于发挥专业课程的价值塑造和立德树人功能,以达到为国育人为党育才的目的。该文以连续介质力学课程为例,结合课程特点,探索力学专业研究生课程思政的实施路径,形成“多维度课程思政挖掘、多途径课程思政实施、多角度融合课程思政评价”的课程思政教学建设思路。通过引入科学家故事、工程案例研讨、科技前沿探究和热点事件等元素,并与课程知识紧密融合,促进课程思政与专业教学的互融互促、同向同行。实践证明,合理地实施课程思政教学有助于提高专业学习积极性,提升研究生培养质量。

力学类虚拟仿真实验教学一流课程建设实践——以飞行器加筋壁板结构屈曲稳定性实验为例

为了适应国家高等教育发展需要,需加紧推动学科专业课程一体化建设,其中一流课程建设是对一流专业、一流学科建设的重要支撑。建设力学综合实验的虚拟仿真教学一流课程,构建虚实结合实践教学体系,是拓展现有教学体系、增加力学实验课程创新性和挑战度的有效途径。以飞行器加筋壁板结构屈曲稳定性实验为实例,展开了虚拟仿真实验教学课程建设思考,并重点考虑渐进式实验步骤设计、高仿真实验内容设计、探究式实验教学设计以及全方位实验学习评价等四个方面开展了课程建设。目前,建设的虚拟仿真实验已用于课堂教学,取得了很好的教学效果,并获陕西省虚拟仿真实验教学一流课程认定,为高素质拔尖创新人才培养提供了支撑。

基础力学实验课程思政体系建构与教学实践——以工程力学实验课程为例

基础力学实验具有形象、直观的特点,利于承载思政教育目标,发挥铸魂育人的教育功能。当前,基础力学实验课程思政研究较少,限制课程思政教育能力。该文以工程力学实验课程为例,紧密结合课程教学内容,探索基础力学实验课程思政体系建构和教学实践,提出涵盖理想信念、家国情怀、学科素养和工匠精神的思政教学目标,形成体系完备、衔接自然、方式得当和根植教学的思政建设理念。思政教学实践表明,围绕完善的思政教学目标,按照多面化的思政建设理念,借助情景类比、热点事件、历史回溯和科学家故事等多种融入方式,可以实现思政教育目标与专业教学内容的有机融合,达成新时代基础力学实验课程的思政教育目标。

考虑失效状态模糊性时的笛形管广义共振可靠性分析

研究了模糊失效状态下气热防冰笛形管结构共振可靠性分析方法。建立了笛形管结构的参数化有限元模型并进行了模态分析。考虑结构尺寸参数、材料性能、外部激励的随机性以及共振状态的模糊性,采用模糊集合理论描述结构固有频率与外部激励的接近程度,建立了三角型隶属函数下的广义共振可靠性分析模型。基于分解定理和扩展定理推导了λ水平截集下笛形管结构广义共振可靠性求解方法。研究工作对飞机气热防冰管路的结构设计提供了参考。

基于云微物理参数的飞机积冰多因子预测方法

基于气象探测信息,准确进行飞机积冰预测并及时开启防/除冰系统是保障飞机飞行安全的重要方法。提出了一种多因子积冰预测方法,当已知飞机所在飞行云层类型、飞行高度、速度、气温、气压和露点温度时,使用提出的方法可计算得到飞行高度上的相对湿度、比湿、0℃高度上的气压、液态含水量等气象参数,用所建立的多因子积冰强度判别式可对飞机积冰的可能性及积冰强度进行预测。将方法应用于飞机积冰案例中,与美国国家大气科学中心提出的RAOB积冰预报方法进行了对比。分析结果表明,提出的方法准确有效,可为飞机积冰预测提供技术支持。

基于PCL的导弹吊挂强度分析的参数化方法

基于Patran/Nastran有限元分析软件的后台文件,采用PCL(Patran Comm and Language)对Patran/Nastran软件进行了二次开发,建立了用于导弹吊挂强度分析的参数化、自动化方法。提出的方法实现了吊挂结构强度分析过程中的参数化建模-自定义网格划分-材料边界选择-强度分析-结果查看等整个过程的自动化。方法的应用可以方便开展吊挂结构随意改变尺寸、材料参数、边界等的强度分析。并且方法对于任意结构在有限元分析中尺寸、网格、材料、边界等参数化建模及有限元分析均可适用。

基于高阶矩法的导弹吊挂与滑轨接触可靠性分析

研究了某型导弹吊挂与滑轨在装配情况下的强度可靠性。采用有限元二次开发技术建立了导弹吊挂与滑轨的参数化有限元模型,并对其进行了强度校核。考虑加工、设计公差造成实际尺寸的分散性,以结构关键部位的几何尺寸作为随机变量,将有限元参数化方法与四阶矩可靠性方法相结合,对吊挂开展了强度可靠性及参数灵敏度分析。得到了结构强度失效概率为0.000 607,耳片内侧长度和耳片厚度是影响导弹吊挂结构强度可靠性的最主要因素。与其他可靠性分析方法相比,文中所用方法具有更高的分析精度和计算效率,特别适于复杂结构的可靠性分析。

导弹吊挂寿命可靠性分析的自动化实现

导弹吊挂结构的尺寸参数繁多,而结构形式基本固定。为了提高导弹吊挂有限元分析效率并便于对结构进行寿命可靠性分析,开发了导弹吊挂结构疲劳寿命可靠性分析平台。平台采用Visual Basic语言编写,借助PCL(Patran Command Language)对有限元软件进行二次开发,实现了吊挂结构静强度及疲劳寿命分析的参数化;将六种可靠性分析方法进行计算机编程,实现了吊挂结构可靠性及灵敏度分析的自动化。分析结果表明,仿真分析结果真实有效,可为导弹吊挂的结构优化设计提供技术支持。

导弹吊挂结构强度及疲劳寿命仿真平台开发

导弹吊挂结构尺寸参数繁多,而结构形式基本固定。为了提高导弹吊挂效率并便于对结构在不同参数下的强度和寿命进行分析,开发了导弹吊挂结构强度及疲劳寿命仿真分析平台。平台界面采用Visual Basic语言编写,借助PCL(PatranCommand Language)对有限元软件MSC.Patran进行二次开发,以命令流驱动的方式实现了吊挂结构静强度及疲劳寿命分析的参数化和自动化。仿真结果表明,开发的仿真平台计算高效,可为导弹吊挂结构设计提供技术支持。

“双一流”背景下工程力学研究生创新能力提升路径研究

“双一流”建设是我国高等教育发展的重大战略,是推动我国由教育大国向教育强国转变的重要举措,是促进我国“创新型国家”建设的核心所在。在“双一流”背景下如何提升工程力学专业研究生培养质量、培养创新型领军人才,是当前力学学科高等教育面临的重大课题和挑战。文章梳理了我国工程力学学科研究生培养模式的现状和亟需解决的问题,从完善研究生培养模式、优化课程体系与教学模式、丰富师资结构和强化导师队伍、加强科研团队文化和制度建设等五个方面,探索了提升工程力学学科研究生创新能力的途径,以期为“双一流”背景下工科研究生创新能力提升提供有益参考。

超高温环境下基于数字图像的测量技术研究

在高超声速飞行器服役过程中,气动热引起的热应力与机械应力叠加对飞行器安全性构成严重威胁。因此,开展热力耦合试验,测试热端结构在超高温环境下的变形规律,对保障飞行器的安全性与可靠性具有重要意义。目前超高温环境下结构的应变测试是工程界的一大难题。本文主要论述了数字图像相关(DIC)方法在超高温环境下进行应变测试的独特优势,总结了该方法的国内外研究现状,并针对当前该方法存在的难点问题进行了系统梳理,主要包括超高温环境精确模拟、高温热辐射和热流场的干扰、高温制斑技术以及试件氧化和热膨胀等,并给出了针对这些难点问题当前国内外的主流解决方案,分析了DIC方法的未来发展趋势和应用前景,提出了未来超高温环境下开展DIC方法进一步研究的重点方向,以期为超高温环境下的变形测试提供有益参考。

隐式极限状态方程下的导弹吊挂寿命可靠性分析

某型导弹吊挂结构疲劳寿命与基本变量(尺寸、材料、载荷)之间关系难以用解析式准确表达,使得传统基于应力-强度干涉理论的解析可靠性分析方法难以被应用。借助MSC/PATRAN建立了该型导弹吊挂的有限元模型,通过静力学及疲劳寿命分析,建立了结构疲劳寿命与基本变量之间的响应关系。以结构危险部位的几何尺寸作为随机变量,采用加权二次响应面法拟合得到了吊挂结构的极限状态方程;用改进一次二阶矩法进行可靠性及灵敏度分析,得到了吊挂结构在设计寿命内发生疲劳失效的概率。灵敏度分析发现:倒角半径是影响吊挂结构寿命的主要因素,尺寸加工误差是导致寿命分散性较大的主要原因。

有机玻璃边缘连接结构疲劳寿命可靠性分析

针对有机玻璃边缘连接结构弯曲疲劳实验结果,提出了结构低周疲劳寿命模型,对有机玻璃边缘连接结构可靠性进行分析。考虑材料属性、疲劳幅值载荷的随机性,分别采用Monte-Carlo法和四阶矩法,借助有限元分析软件Marc对结构进行了可靠性分析,得到低周疲劳载荷作用下结构疲劳寿命的可靠度,比较两种计算结果,发现四阶矩法计算结果与Monte-Carlo法计算偏差很小,适用于有机玻璃边缘连接结构疲劳可靠性分析;同时分析了基本变量均值与标准差影响结构可靠性的灵敏度,得到载荷为影响结构疲劳寿命可靠性的主要因素。

一种先进的飞机吊挂结构疲劳寿命仿真分析方法

常规的有限元疲劳寿命仿真分析采用连续函数作为形状函数,在处理位移不连续问题时,需将裂尖附近网格进行高密处理和重新剖分来进行裂纹扩展模拟,导致求解规模大,计算效率低。采用扩展有限元法和虚拟裂纹闭合技术,以吊挂结构为研究对象,通过建立局部模型,对疲劳裂纹扩展寿命进行分析计算,使得计算效率提高,且计算结果与试验结果相比,误差仅为8.2%,从而证明了该方法的有效性。

飞机弹射座椅的随机振动响应仿真与试验对比分析

提出了飞机弹射座椅有限元计算的方法,建立了某型弹射座椅的振动计算模型,得到了振动载荷作用下的响应规律,计算结果可作为弹射座椅结构设计的依据。采用灰色关联分析方法,以椅背火箭为例,对椅载设备测点处仿真与试验结果的随机响应加速度均方根值和加速度功率谱密度曲线进行了对比分析。结果表明:椅载设备测点位置处的仿真结果与试验结果吻合较好。

考虑渐变破坏的导弹吊挂结构疲劳寿命广义可靠性分析

针对某型导弹吊挂结构,开展了考虑渐变破坏的疲劳寿命广义可靠性分析。先建立导弹吊挂结构的有限元分析模型,在静力学和疲劳寿命分析的基础上,利用二次响应面法建立结构疲劳寿命可靠性模型的功能函数。考虑结构疲劳寿命失效的渐变特性,并用隶属函数来描述结构寿命失效的模糊不确定性,结合重要抽样法来求解吊挂结构的广义可靠性。

ISIGHT平台下基于KISSsoft的齿轮接触强度可靠性分析方法

齿轮作为传动装置中的核心部件,传动时齿面上的接触应力大小对机械产品的性能和寿命具有重要影响。本文以传动装置中的一对斜齿轮副为研究对象,采用KISSsoft软件进行齿轮接触应力的仿真分析,并通过Visual Basic语言调用KISSsoft软件建立齿轮的参数化模型,实现齿轮接触应力分析的参数化和自动化。在此基础上借助ISIGHT优化设计平台实现齿轮接触强度的可靠性分析和参数灵敏度分析。分析结果表明,本文所提方法具有非常好的工程适用性,能够充分考虑输入变量的随机不确定性,准确分析出在输入参数分散性存在下齿轮接触应力强度可靠性结果,并能给出各随机参数对接触应力的影响规律。本文的分析方法具有广泛适用性,可为其他类型的齿轮接触强度可靠性分析提供技术参考。