数值模拟在材料力学教学中的应用

材料力学作为工科的一门专业基础课,学时的压缩导致传统的教学体系不能适应,为了提高教学质量,借助于多媒体教学平台,把数值模拟引入材料力学教学中,使得抽象的概念具体化,实现了课程前期的问题引入,课程中期的模拟实验和课程后期的兴趣问题讨论.实践表明,该方法可提高教学质量,增强学生学习兴趣,对于培养学生学习计算机,使用计算机解决工程问题的能力具有重要意义.

偏心压缩对岩石力学试验结果影响的分析

通过对线弹性范围内岩石试件偏心压缩的解析分析、有限元数值模拟计算和偏心压缩试验,说明了在岩石中截面圆周上等间距分布点的应力值在平均应力值(轴心压缩应力值)上下对称分布。如果在试验中严格按此布点,可以消除偏心压缩的影响,获得较准确的应变值。同时岩石在偏心压缩下易于破坏,测得抗压强度小于轴心压缩的抗压强度,因此试验中要尽量避免偏心压缩,尽可能做到准确定位。

不对称软岩巷道支护设计的优化分析

通过建立三维模型,对不对称软岩巷道支护进行数值模拟,较真实地模拟出锚杆的间排距和直径对巷道变形的影响,克服了二维数值模拟的不足;并且选用绝对位移量作为比较量,以便于根据围岩变形的连续情况找出关键部位,进行二次加强支护,从而得出较为合理的优化参数,可为支护工程设计施工提供技术支持。

浅谈高校的《理论力学》教学

《理论力学》由于课程的重要性,其教学方法和教学质量一直为广大教师不断探讨摸索,进行各种教学改革。本文分析了传统教学方法和新兴教学方法优缺点,提出教师应学习传统教学精华融入新兴教学方法,合理把握各种教学方法,结合学生的实际情况,提高教学质量。

浅谈高等教育中的多媒体教学

本文简单介绍了多媒体教学的发展,结合自身教学情况,对比了多媒体教学与传统教学的优劣,通过实践说明使用多媒体教学与学生成绩差没有直接联系,认为要结合课程情况和教师自身情况,合理使用多媒体,并努力提高多媒体教学技巧。论文对如何更好使用多媒体教学具有一定参考意义。

从《材料力学》谈教书育人

针对目前大学生普遍存在问题,本文结合《材料力学》课程的教学内容,对班集体建设、能者多劳、矛盾的辩证统一关系、团结协作等方面教书育人的问题进行了研究,通过教学实践表明,结合大学早期课程内容进行教书育人切实可行,对教学质量的提高和学生的成长、发展具有重要意义。

影响不对称软岩巷道掘进支护时间的数值模拟

利用不对称有限元模型模拟软岩巷道掘进,使用巷道岩石应力释放比例确定支护时间。分析了不同应力释放比例对巷道变形的影响,通过观察支护时间-应力曲线和支护时间-位移曲线,确定软岩巷道支护应在应力部分释放后实施,提前或滞后实施将影响施工效果,对现场施工具有指导意义。

立井穿越深部煤层时瓦斯突出的力学机理

通过深部立井围煤的受力分析,以及地压和瓦斯压力的研究,揭示了立井穿越深部煤层时瓦斯突出的力学机理,对于含瓦斯煤体的结构提出了不同与过去观点的气球爆炸新假说。文章强调了深部围煤塑性区域的形成和发展,以及煤与瓦斯突出的临界状态。整个研究涉及弹塑性理论,材料的强度理论以及岩土力学中的某些相关理论。研究结果不仅可用来预测立井穿越深部煤层时瓦斯的突出,而且可以为立井揭煤过程中煤与瓦斯防突措施的研究奠定理论基础。

基于创新实验的材料力学教学方法探索

材料力学作为土木工程相关专业的基础课,其基本概念对土木工程专业学生具有重要作用。以材料力学中轴向拉伸与压缩章节为例,介绍了课程思政背景下基于创新实验的教学方法。从课程实验的设计、课程实验的导入、课程思政元素的融入以及考核方式的改变等方面,对传统材料力学教学方法进行革新。借助于有限元软件、数据处理软件和实验分析,培养学生的综合实践能力、观察能力和团队协作能力,实现了课程思政与课程改革的统一。通过实验班级学生反馈信息和实际教学效果来看,学生的学习兴趣浓厚,对材料力学基本概念掌握清晰,学生的综合素质提升明显。

基于运动学视角的车轮悖论探秘

为了揭示车轮悖论产生的原因并对其作出合理的解释,以在水平面上滚动的圆轮为研究对象,构建同心圆下边缘在水平面上碾压的运动模型,应用点的运动学、点的合成运动和刚体平面运动的理论研究了车轮在水平面上滚动时其上任一点的运动规律,从运动学角度对亚里士多德车轮悖论进行探秘。研究发现,只有当圆轮滚过一圈时轮上各点才具有相同的位移,且此时圆轮上各点位移的大小仅与轮的运动形态有关;圆轮上各同心圆的下边缘在水平面上所碾过的长度仅与圆轮滚过的角度θ及圆轮的运动形态有关。当半径为R的圆轮在水平面上作纯滚动且转过角度θ时,圆轮上各同心圆在水平方向所碾过的长度均为Rθ;当圆轮边滚边滑时各同心圆在水平方向所碾过的长度也均相等但都大于Rθ;同心圆随着圆轮滚动的过程中,在任意时刻同心圆的下边缘点相对于地面有滑动,这是同心圆随圆轮滚过一圈时其在水平方向上碾过的长度不等于该同心圆周长的根本原因。

高径比对砂岩能量积聚与耗散试验及分析方法

为了探究高径比对岩石能量积聚与耗散的影响,利用RMT-150B岩石力学测试系统对同直径不同长度的砂岩试件进行了单轴压缩试验、单轴循环加卸载试验以及单轴分级加卸载试验。对比砂岩单轴压缩与单轴循环加卸载曲线发现,单轴压缩曲线近似为单轴分级加卸载曲线的外包络线,并且由于“硬化”作用单轴分级加卸载强度略高于单轴压缩。通过砂岩单轴循环加卸载下力学特性分析发现随着循环次数增多,残余变形逐渐减小,直至某次循环无残余变形产生砂岩出现非线性伪弹性体特征,继续承受加卸载作用非线性伪弹性体特性消失,残余变形再次出现,因此可以将残余变形演化规律归纳为:存在较大残余变形—残余变形逐渐减小—无残余变形—再次出现残余变形。基于砂岩弹性能的演化分析发现循环次数对弹性能的影响较小,即疲劳损伤对砂岩的弹性能影响较小,则可以假定单轴分级加卸载各卸载点的荷载与单轴压缩试验的荷载相等时,两者的弹性能也相等。利用单轴分级加卸载试验各卸载点的弹性能与单轴循环加卸载首次加卸载弹性能进行比较,验证了假设的正确性。进一步对不同高径比(L/D)下砂岩的单轴压缩试验进行能量分析,发现砂岩的弹性能演化服从线性储能规律。基于砂岩的单轴分级加卸载试验结合线性储能规律对同尺寸的单轴压缩试验进行能量演化分析,为砂岩单轴压缩的能量分析提供了新思路。研究表明:当荷载相等时砂岩储存弹性能与高径比成正比,与储能极限成反比。将提出的试验法与传统能量分析方法(利用公式计算得到弹性能)进行比较,发现提出的方法精确度高。基于耗散能演化规律进一步对不同高径比下砂岩的损伤进行了分析,发现砂岩损伤曲线呈非线性演化,并且荷载相等时高径比越大砂岩损伤程度越高。破裂时砂岩内部积聚的弹性能转化成破裂面表面能和碎块动能,储能极限与高径比大小成反比,因此当L/D≥2.0时主要呈单方向的剪切破坏,L/D<2.0时岩石主要为相对复杂的双剪切或圆锥形破坏,并且进一步从能量角度对钻孔卸压进行了讨论。

坐标正向的选择引起横截面转角连续条件的差异性

针对应用积分法求解静不定梁端部约束反力所出现的问题,通过出错原因分析并进行归纳和总结,提出了应用积分法求解梁的弯曲变形时须注意的事项。结果表明,当梁需要分段考虑且描述梁横截面位置的坐标参量正向选择不同时,分段点处的转角连续性条件会随着坐标正向选择的不同而有所不同。为了有效避免分段处转角连续性条件的描述错误,根据各段梁横截面位置的坐标参量正向选择的情况,对分段点处转角连续性条件的描述进行了归纳和总结,为正确应用积分法求弯曲变形提供参考和借鉴。

高径比差异条件下花岗岩岩石动态冲击压缩特性

为研究动态冲击下岩石强度尺寸效应,设计高径比分别为0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.2,1.5和2.0的9组花岗岩试样,利用Φ50 mm分离式霍普金森杆(SPHB)对花岗岩试样在3组冲击速度下进行动态冲击压缩试验。研究不同高径比的花岗岩试样产生破坏的力学特性,并对破碎后岩样进行吸收能分析。研究结果表明:在3组冲击速度加载下,不同高径比试样的抗压强度最大相差分别为10.88%,3.95%和8.17%;同一冲击速度,抗压强度不随高径比变化而发生明显变化;岩样高径比与峰值应变呈负相关,拟合数据曲线得出两者存在一定的非线性关系;试样高径比与弹性变形模量呈正相关,拟合数据曲线得出两者存在良好的线性关系。动态压缩不同高径比的岩样,其破坏形态有区别,破坏形式基本一致;入射能大小与冲击速度有关,与岩样高径比无关;反射能和透射能与岩样高径比拟合曲线规律相反;岩样破碎的吸收能不随岩样高径比的变化而发生显著变化,岩样单位长度破碎吸收能则随长度增加减小。

真三轴压缩下砂岩的能量和损伤分析

为了探究真三轴压缩下砂岩的能量和损伤演化规律,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统进行真三轴一次加卸载试验和真三轴压缩试验,对真三轴压缩应力-应变演化规律进行研究,探讨三向主应力加、卸载的对岩体的影响,利用图形面积积分法分别计算了真三轴压缩的弹性能密度、耗散能密度与输入能密度,分析三者随最大主应力卸载水平增加的规律及其相互之间的关系,进一步研究真三轴压缩过程中损伤演化规律,并对冲击地压倾向性判定条件弹性能量指数进行讨论。研究结果表明:真三轴压缩下最大主应力增大,使砂岩内部应力调整,从而引起中、小主应力方向应变变化,从能量角度定义该现象为能量“诱增”;划分了三个方向主应力加、卸载的种类,将加载分为损伤加载(最大主应力加载)与保护加载(中、小主应力加载);将卸载分为常规卸载(最大主应力卸载)与损伤卸载(中、小主应力卸载);真三轴压缩下中间主应力方向约束应力较大,使得该方向“诱增”弹性能密度比例高于最小主应力方向“诱增”弹性能比例;真三轴压缩下最大主应力方向应力提升,砂岩的弹性能密度、耗散能密度均与输入能密度之间存在线性函数关系,提出了真三轴压缩的能量分析方法,进一步得到了砂岩的储能极限,与单轴压缩相比,其储能性有较大提升;真三轴压缩下砂岩损伤变量在塑性阶段之前岩石损伤呈近似线性变化,随着最大主应力增加,损伤变量呈非线性演化趋势。