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。

融合增材制造技术的工程力学专业课程创新实验教学实践

在工程应用中,增材制造材料及结构的力学和承载性能至关重要。为适应工程力学专业人才的行业需求,课题组将激光增材制造技术引入实验教学,并设计了激光熔覆修复镍基高温合金小试样的拉伸实验项目。通过激光熔覆修复高温合金小试样制备、基于DIC非接触全场应变测量的小试样拉伸实验以及拉伸断裂机理分析等步骤,学生可以掌握激光熔覆技术原理及其修复高温合金力学性能的评估方法。基于该项目,课题组开展了工程力学专业的创新实验教学,并结合大学生创新创业训练计划,有效提升了学生的实践创新能力,取得了良好效果。

我国力学专业本科拔尖人才培养模式分析

针对目前缺乏对力学学科拔尖人才培养模式进行系统性总结的问题,文章通过对各高校力学拔尖学生培养方案的细致对比,从拔尖人才培养模式和拔尖人才培养保障体系两个方面进行了剖析,全面阐述了我国力学专业本科拔尖人才培养的现状,为我国力学拔尖学生培养提供可借鉴的经验和规律。

基于晶体塑性理论和XFEM的镍基单晶三维裂纹扩展仿真研究

镍基单晶作为主要的航空发动机涡轮叶片材料,其裂纹扩展特性对航空发动机的适航管理和寿命评估都有着重要作用,但是其晶体各向异性特点使得基于简单材料本构和损伤模型的仿真分析难以进行准确的裂纹扩展行为评估。本文将晶体塑性理论与扩展有限元(XFEM)相结合,通过对仿真软件的二次开发,实现了镍基单晶材料在三维空间内的裂纹扩展行为仿真,并通过与相关试验结果对比验证了方法的合理性,进一步利用建立的方法分析了涡轮叶片前缘气膜孔三维结构的裂纹扩展行为,可为叶片的损伤容限评估和长寿命设计提供技术支撑。

基于寿命与可靠性的离心叶轮多学科设计优化

针对离心叶轮多场耦合服役特点,考虑气动、传热、强度、寿命、可靠性等学科,以及不确定性因素的影响,本文提出了一种离心叶轮多学科可靠性设计优化方法。基于非均匀有理B样条和特征造型设计技术建立了离心叶轮的参数化模型,在耦合信息传递的基础上依次开展气动、传热、强度、寿命分析,实现了离心叶轮的多学科分析;并基于试验设计获得影响气动性能和寿命的主要因素,选取7个主要优化设计变量,以寿命可靠度为约束,等熵效率、总压比等为目标,基于代理模型开展离心叶轮的多学科可靠性优化设计。结果表明:在满足寿命可靠度约束的同时,离心叶轮等熵效率和总压比分别提高了3.4%和6.2%,最大Mises等效应力减小了10.3%。离心叶轮性能的改善证明本文提出方法的有效性。

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。

“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。

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。

结构参数对飞机高平尾振动模态局部化的影响

针对结构参数对高平尾布局尾翼振动横态局部化影响进行了研究。考虑到失调本身的不可预知性,在实际结构的基础上设计了质量正失调、质量负失调、刚度正失调、刚度负失调四种可能出现的失调尾翼模型。当失调量为±0.5时,通过模态分析法得到了翼梁和翼肋厚度不同的情况下结构的振动模态局部化度,并讨论了结构自身参数对不同失调原因引起的模态局部化的影响。结果表明:垂尾梁厚度的增加会提高振动模态局部化程度,而平尾梁厚度的影响与之相反,翼肋参数对模态局部化基本无影响;与前梁厚度相比,后梁厚度对结构振动模态局部化的影响较大;当垂尾后梁厚度增加到2.0mm时,0.5kε=-的失调模型的局部化度从0.342变为0.971,这种显著变化在结构设计中需引起注意;此外,结构参数对质量正失调和刚度负失调产生的模态局部化的影响强于质量负失调和刚度正失调。

非惯性系下旋转压电层合悬臂梁的动力学建模及控制

以压电陶瓷-金属-压电陶瓷对称结构旋转压电层合悬臂梁(RPLCB)为研究对象,在大范围运动规律已知,基于Hamilton原理和有限元法,建立了该层合梁的离散非线性动力学模型.通过动力学数值仿真,给出了该梁末端的响应规律;然后基于建立的动力学模型,利用逆动力学控制方法对梁末端位移响应进行开环主动控制,通过仿真计算,在时域上,得到了0.5倍梁末端横向位移振幅下的预想控制电压,回代动力学方程,得到施加控制电压后梁末端位移响应,与预想结果误差为3.3%,从而证明了该逆动力学控制方法的有效性.另外,这种省去压电传感器,平铺压电层的柔性梁结构,为工程应用提供了一种参考方案.

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。

激光熔覆修复GH4169合金各向异性拉伸性能

激光熔覆修复GH4169合金的拉伸性能具备各向异性,拉伸性能与受载方向和修复界面之间的夹角(界面角度)显著相关,研究修复后合金的拉伸各向异性可为GH4169合金构件的高性能修复奠定基础。基于数字图像相关(DIC)技术开展了不同界面角度下的修复后合金拉伸试验,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段进行了界面区域微观组织及断口形貌观测分析,对激光熔覆修复GH4169合金各向异性拉伸力学性能开展了研究。结果表明修复后合金的拉伸性能与拉伸载荷方向、枝晶生长方向的夹角呈负相关;拉伸试样的断裂主要是由Laves/γ相界面在拉伸载荷下分离引发裂纹成核和扩展造成的。当枝晶取向与拉伸载荷的夹角较小时枝晶间较大尺寸的不规则Laves相破碎成小颗粒并随基体γ相一同移动,断裂后韧窝较深,抗拉强度和屈服强度较高;当夹角较大时枝晶间Laves/γ相界面剥离导致裂纹形核,而后快速扩展,断口呈大量阶梯状的枝晶沿晶断裂形貌,拉伸性能较差。研究阐明了不同界面角度对修复后合金拉伸性能的影响机理,可为激光熔覆修复GH4169高温合金构件拉伸性能的综合评估提供基础。

基于网格参数化变形的单级涡轮多学科可靠性设计优化

基于自由变形技术发展了一种可以协调实现流场、结构分析网格参数化变形的方法,并实现单级涡轮的多学科可靠性设计优化。针对流场分析网格展向积叠的特征,将三维网格变形转化为不同叶高二维截面的网格变形;根据二维流场分析网格的拓扑结构,设计二维控制面,基于叶型设计参数建立叶型控制点、其他控制点伴随叶型控制点移动,实现了网格的参数化变形,避免了网格畸变、提高了网格变形的质量;不同叶高的二维控制面组成控制体,实现三维流场分析网格的参数化变形。采用相同的控制体进行结构分析网格的变形,实现了耦合界面网格协调变形。基于Kriging代理模型进行单级涡轮的多学科可靠性优化,在满足可靠性约束的情况下效率提高4.97%、寿命提高40.86%,证明了方法的有效性。

船舶传动装置齿轮箱运行可靠性分析方法研究

为评估船舶传动装置齿轮箱的运行可靠性,针对振动信号中冗余的特征参数,提出了一种基于距离评估的特征降维方法,通过计算齿轮箱不同运行状态下特征参数的类内距离、类间距离得到距离评估因子,选择时域、频域中具有最大距离评估因子值的特征参数组成响应协变量,利用威布尔比例故障率模型进行齿轮箱的运行可靠性评估。结果表明:齿轮箱运行可靠度衰减时间与振动信号故障时间相近,证明采用距离评估特征降维方法对时域、频域特征参数进行筛选后得到的低维响应协变量对于设备运行退化特征表现敏感,可为同类型设备运行可靠性分析提供借鉴。

串列式扇翼布局流动特性数值研究

扇翼能够通过前缘横流风扇的高速旋转对前方来流进行加速和重新整流。利用这一特点提出了一种串列式扇翼布局,其由一定间距和空间高度分布的前后双排或多排扇翼组成,并基于二维模型对该布局开展了流动数值模拟,分析得到了不同前后间距、高度差以及排数下串列式扇翼布局的升力和推力特性。结果表明,相对单个扇翼,在合适的设计参数下串列式扇翼可得到更大的单排平均升力和推力,其中间距一倍风扇直径的四排扇翼平均升力和推力分别提高了约10%和30%。基于扇翼附近流场分布和翼型上下表面压强分布,分析了引起升力和推力提升的原因。该研究可为未来设计具有更好低速大载荷特性的扇翼飞行器提供参考。