理论与计算化学教学中的课程思政

理论与计算化学是本科生和研究生通选的专业课。以课程知识点为线索,深度挖掘了课程在价值塑造、能力培养、坚定信念、家国情怀四个方面的思政元素。通过分享课程思政案例与教学素材,提出思政内容的科学化和学科交叉融合思路,强调学术文献、学位论文在思政教育中的重要作用,为在计算化学相关课程中实现主动思政与三全育人目标提供参考。

基坑降水引发的沉降理论计算及预测研究

为有效掌握基坑沉降变形规律,以基坑所处地质条件为基础,先结合有效应力原理,利用分层综合法计算基坑降水引发的沉降理论值;其次,再以基坑施工过程中的现场沉降监测数据为基础,通过变形预测来佐证理论计算值的准确性。分析结果表明:在基坑沉降的理论计算结果中,沉降理论计算值均不同程度的小于沉降监测值,且随着与降水井中心距离的增加,沉降值具持续减小特征;在基坑沉降的预测研究结果中,所得预测结果的相对误差均值介于2.02%~2.09%,说明ILSO-RVM-CT在基坑沉降变形预测中具有较强的预测能力,且预测结果显示基坑沉降变形后续还会具小速率增加特征,说明基坑沉降变形趋于稳定。

混凝土梁斜截面抗剪承载力上限值计算理论修正

文章从力学机理和理论推导过程出发,针对混凝土桥梁规范中斜截面抗剪承载力上限值计算理论的不足进行研究,对混凝土梁斜截面抗剪承载力上限计算公式进行分析。通过文献试验数据对比分析,发现现行桥梁设计规范对受弯构件混凝土截面抗剪承载力上限值计算存在一定的局限性,有必要根据实际工程中抗剪钢筋的配置形式对计算公式进行修正,保证斜截面抗剪承载力上限计算的合理性和准确性,为规范使用和工程实践提供了进一步的参考。

基于损伤理论的深井巷道围岩松动圈计算方法

在岩体开挖过程中,岩体内部的许多微小裂隙会发生扩张或者闭合等变化,因此在计算巷道围岩应力场时,有必要考虑岩石材料的损伤特性。损伤理论考虑了岩石材料峰值后的软化特性,结合实际深井工程,验证了在深部巷道围岩松动圈计算中应用损伤理论的可行性和准确性。在围岩弹塑性理论基础上,着重推导了基于Sidoroff损伤模型的围岩应力状态的损伤理论解析解。利用基于Mohr-Coulomb准则的塑性理论以及分别基于Sidoroff损伤模型和双直线损伤模型的损伤理论,对巷道围岩松动圈厚度进行了计算。对比理论计算结果与现场测试数据,发现基于Mohr-Coulomb塑性理论的计算值误差约为19.77%,利用损伤理论得出的松动圈厚度误差仅为6.43%。验证了利用损伤理论对深部巷道软化岩石围岩松动圈厚度进行预测的可行性,且得到的松动圈厚度更接近现场实测值,具有重要的推广意义。

理论计算应用于分子筛酸性表征和催化反应性能评价的研究进展

准确构建分子筛的活性中心特性、限域孔道与催化反应效能间的构效关系,是设计与优化高效分子筛催化剂的关键。理论计算作为实验方法的有力补充,在分子筛催化领域发挥着越来越重要的作用。在概述分子筛的结构和性质的基础上,详细介绍了分子筛的理论计算方法和模型,重点综述了理论计算在分子筛酸性表征和催化反应性能评价中的应用研究进展,并对今后分子筛催化剂理论研究的重点和方向进行了展望。

理论计算在药物制剂设计中的研究进展

药物制剂不仅关系国计民生,而且也是国家安全和科技竞争的战略重点。理论计算在药物制剂设计过程中发挥了重要作用,有关药物制剂设计中的现代理论计算方法一直备受关注。近年来,随着人工智能等新兴技术的飞速发展,药物制剂的研发模式也逐渐向大数据驱动的智能设计模式转变。首先,阐述了理论计算在药物制剂设计中的重要性。然后,重点探讨了药物制剂设计中理论计算的研究现状,分别对分子模拟、热力学计算和人工智能等方法进行了归纳和总结,深入分析了各类方法的优缺点。在此基础上,讨论了理论计算在药物制剂设计中面临的挑战,并对其未来发展方向提出了展望,有望为药物制剂的智能设计提供参考与指导。

任意端面螺栓的转矩系数理论计算

螺栓连接是工程建设中常用的连接方式,工业现场常采用紧固力矩值控制螺栓预紧力的方式以保证其可靠性。转矩系数是螺栓紧固力矩与预紧力之间的比例系数,对确定合适的紧固力矩范围至关重要。目前关于转矩系数的研究主要集中在圆环端面螺栓,对其他端面螺栓的研究较少。根据螺栓紧固受力分析,构建了螺栓预紧的力学模型,以极坐标描述螺栓端面内外轮廓的方式,推导出了任意端面螺栓转矩系数的精确计算公式。通过搭建简易转矩系数测量系统,对圆环端面、六角端面、T型端面螺栓进行实验验证。实验结果与理论计算一致,证明了转矩系数理论计算公式的准确性。

理论计算指导水杨醛缩氨基硫脲合成实验的改进

水杨醛缩氨基硫脲的合成是应用化学专业综合实验的一部分。本研究以水杨醛和氨基硫脲为原料,在乙酸催化条件下,乙醇中加热回流3h制备,分离产率为75%~90%。为践行绿色低碳化学理念,在理论计算指导下,提出实验改进方案,并通过实验确立改进方案的可行性。改进后,实验以水为溶剂,在室温下反应,通过薄层色谱法监测反应的进程,0.5h后分离产率可达91.0%。本改进实验旨在激发学生对科学研究的探索欲望,增强学生的绿色低碳化学理念和环保意识。同时,基于理论计算指导构建实验改进方案,为其他教学及科研实验优化提供一种可借鉴的方法。

基于理论计算的全氟己酮灭火系统管网流动特性分析

全氟己酮灭火系统管网的流动特性对于灭火剂喷射时间和状态具有重要影响,进而影响整个系统的灭火效能。本文利用基本工程流体力学模型对全氟己酮灭火系统灭火试验的管网流动进行理论计算,定性分析了管网流动过程的不同阶段,定量研究了各阶段管网压力、流量及灭火剂喷放时间等重要特征参数。研究揭示了全氟己酮灭火系统管网内的流动特性,为进一步开展系统管网工程设计计算提供了理论依据。

动力装置舱内Halon1301灭火剂浓度分布理论计算

为了研究舱室内灭火剂喷射后浓度分布特性,基于集总参数法提出了一种舱室内灭火剂浓度的理论计算方法。选取Halon1301灭火剂,将计算结果与火风洞的试验测量结果进行了对比分析。在此基础上,研究了外界压力、舱内温度、舱内体积以及空气流量的变化对灭火剂浓度的影响规律。结果表明,数值计算的灭火剂浓度随时间的变化趋势与试验结果基本一致,验证了计算方法的有效性;外界压力、舱内温度以及舱内体积对Halon1301体积浓度的影响规律基本一致,当压力、舱内温度或者舱内体积增加时,Halon1301的体积浓度数值会减小,但峰值持续时间会增加;但与之不同的是,空气流量的增加不仅减低了Halon1301的体积浓度,同时降低了体积浓度峰值的持续时间。研究成果可为动力装置舱内灭火系统设计提供一定参考。

基于主网理论计算数据反演的异常量测辨识

提出基于主网理论计算数据反演的系统异常量测数据辨识算法。该算法采用主网理论计算电量偏差量作为有效索引,能将异常量测潜在的最小电系区域迅速定位后对异常测点数据进行有效辨识。通过典型实例给出了详细的算法策略与应用效果,该算法可对可能造成状态估计结果失准的电气异常量测进行高效识别,并经量测治理后获取可信度高的状态估计数值,最大程度保证源端数据的精准性,为主网理论线损数据治理和应用提升提供可靠数据。

浅析液压支架应力测试与理论计算

液压支架是煤矿综采设备的重要组成部分,作为重型机械装备,它主要承受静压、动载冲击及反复加载形式的载荷。少人化、无人化开采已成为煤炭开采的发展方向,智能化装备是无人化基础,而设备可靠性是实现智能化和无人化的根本保障。强化对液压支架的可靠性保障,确保液压支架工作稳定性,提高支架可靠性应当是目前液压支架设计、制造的重要方向。支架的传统计算方法为安全系数法,只要安全系数大于某一根据实际使用经验规定的数值,就认为零件是安全的。安全系数与新材料的发展,加工、制造工艺的改进密切相关。支架制造过程中涌现的新材料和新工艺,也都需要根据支架的实际应力状态来实施和改进。因此,对支架实施结构件动态特性分析及应力测试,掌握各种加载工况下的力学行为,对于修正支架理论计算方法、保证支架可靠性、改进制造工艺以及提升企业自主设计方面的软实力都有重要意义。

基于质量守恒的缆索计算理论与找形解析算法

旨在解决既有缆索计算理论的基本假定不合理问题,基于质量守恒原则推导了精细化缆索计算理论;根据拉格朗日坐标建立了考虑缆索截面变形后受拉刚度变化的改进弹性悬链线计算理论。研究结果表明,精细化缆索计算理论与改进的分段悬链线计算理论具有等价性;自重下跨度为888m的缆索找形计算案例中,精细化缆索计算理论与悬链线方程理论的缆力及高程差值分别为61.5kN和-158.7mm,与弹性悬链线理论计算差值对应分别为1.9kN和0.5mm;受外载下跨度为1038m缆索找形计算案例中,推导的精细化缆索计算理论与悬链线方程理论缆力差值分别为77.8kN,与弹性悬链线理论无应力长度计算差值控制为1.0mm。精细化缆索单元计算理论及缆索找形算法可作为缆索承载结构体系一种完备的精细化计算理论与方法。

公路隧道内装漫反射材料节能的理论推导及计算

为积极响应国家"双碳"目标和公路行业的节能减排要求,针对公路隧道照明系统设计,根据国内部分公路隧道内装漫反射材料前后的实测亮度对比,在《公路隧道照明设计细则》(JTGT D702-01-2014)第9.3.6条的基础上,推导出了公路隧道墙面漫反射材料反射率和照明节能率之间的线性关系,并通过计算实例进行了验证。从节约照明能源的设计角度出发,以进一步加深相关人员对隧道照明节能系统的认识,为强化公路隧道的节能奠定了一定的基础。

公路路基湿度计算理论研究进展

路基湿度对其刚度、变形等性能影响显著,湿度场的理论计算方法作为评价其演变规律与机理的研究手段一直是道路工程中关注的重点问题之一。该文从路基湿度计算控制方程、非饱和路基土水力特性、湿度影响因素3个方面进行回顾与总结。发现目前在整个计算方法体系中对于应力-渗流-植被-大气等多场、多因素的耦合效应研究较少,建议开展此类研究,以便准确评估路基湿度、支撑道路工程的长寿命设计与实践。

壳体断裂力学统一计算理论与飞行器结构设计

断裂力学理论和方法在飞行器结构设计中发挥着不可替代的作用。依据断裂准则划分为阻止或者驱动裂纹扩展。阻止裂纹扩展是避免飞行器结构发生灾难性事故的最后一道防线,如机翼、机身等重要结构的止裂安全性设计、广布疲劳损伤容限设计等;驱动裂纹扩展是实现飞行器结构快速分离的关键技术,如运载火箭级间和星箭分离、飞行员和航天员逃逸救生等。板壳是飞行器结构的主要形式,开展板壳断裂力学研究具有重要的科学意义和工程价值。该文提出了基于连续体的壳体断裂力学统一计算理论,发展了壳体扩展有限元方法。基于该理论和方法,阐述了大变形曲面壳体裂纹扩展与止裂的计算分析过程,展示了在国产大飞机机翼整体结构件设计、天和号核心舱结构研制和高级教练机穿盖弹射救生系统设计等飞行器工程中的成功应用。

CaZrO_(3)介电特性理论计算实验设计

借助于VASP计算软件包、VESTA和P4Vasp可视化软件及Origin绘图软件等,分别构建了CaZrO_(3)钙钛矿模型、优化初始构建模型和计算CaZrO_(3)的介电特性,并结合实验数据对比分析计算结果,为CaZrO_(3)材料的研究提供理论阐释与指导。不仅有助于学生掌握常用理论计算软件的使用方法,熟悉材料计算模拟流程及理论分析手段,使学生充分认识到理论指导实践在新材料研发的重要性,而且能促进学生对材料成分、微观结构和性能之间关联性的理解和掌握,将对学生的创新能力的提升奠定良好的基础。

基于朗肯循环的发动机余热回收系统理论计算

为了有效利用乘用车内燃机尾气中的余热,针对一台汽油机,利用Python程序及Refprop热力学参数库对朗肯循环换热过程进行建模。输入多种工况,计算所选的几种工质在不同的系统运行最高压力、不同的循环流量的余热回收系统中工作时的热效率和输出功率等特性,分析各工质的工作特点、适用工况等。最后对各工质进行比较,结果表明:在所选用的乘用车发动机各个工况下,当输入相同时,在水、乙醇、R245fa、R1234ze四种工质中,R1234ze均能输出最高的功率,但需要的工质流量较大;而水的效率始终最高。结合需要的工质流量考虑,水是更合适的工质选择。

碘催化下氯苯的氯代反应——用理论计算化学方法深度分析一道高考试题

碘催化下氯苯发生氯代反应的产物比例到底是邻二氯苯还是对二氯苯比较高?本文基于涉及该问题的一道比较有争议的高考试题,借助理论计算化学方法,对碘催化下氯苯的氯代反应的反应机理进行了探讨,对反应过程中邻氯代和对氯代两条反应路径进行了模拟,得到了反应路径中各物种的相对能量;在此基础上,对该高考试题进行了全面的分析,将计算结果与参考文献中提供的相应实验结果进行了对照,并对该试题的合理性进行了探讨,为后续的相关试题命题工作提出了建议。本研究可以为其他碘催化下的氯代反应的研究提供依据、为相关试题的编制提供参考、也可在教学中为使学生更好地理解苯的氯代反应的实质提供更丰富的教学资源。

硅橡胶辐射老化理论模拟研究进展

硅橡胶由于具有良好的弹性、热稳定性、耐高低温性和耐老化性能,被广泛用于电离辐射环境中服役的高端装备上。由于其辐射老化行为和机理异常复杂,目前的研究方法实验技术和理论计算并重。本文简要综述了硅橡胶辐射老化模拟研究进展,从多尺度理论计算视角梳理了相关研究对解决具体问题的计算思路,并与实验表征结果互相补充印证。依据计算模拟理论方法的时空尺度特征,可分为量子电动力学、密度泛函理论、量子分子动力学、反应分子动力学、分子动力学、本构模型与有限元方法。这些计算模拟方法与材料和辐射相互作用过程及机制、体系损伤演化规律及机理、结构性能关系的研究需求密切相关。部分研究工作涉及多个尺度的模拟计算,依据其主要特色总结写入上述几个模拟方法分类板块。本文描绘了硅橡胶辐射老化模拟的阶段全景图,概述了相关研究现状以及学界和工程界面临的挑战,有望为相关实验研究和工程问题的解决提供新的思路和认识基础。