高应变率下锚固体动态力学特性及能量耗散研究

优化冲击荷载作用下巷道锚固支护参数是提升冲击地压巷道锚固围岩抗冲变形能力的重要方法。为探究锚固支护锚杆直径这一参数对冲击加载下锚固体圈层变形稳定性的提升效能,采用分离式霍普金森压杆试验系统研究不同锚杆直径作用下锚固体的冲击破坏响应,得到不同锚杆直径参数下锚固体的动态应力-应变曲线、主应变云图、动态能量参数和破碎块度分布规律。研究结果表明:高应变率冲击加载下,随着锚杆直径的增加,锚固体动态抗压强度呈先上升后下降的趋势;锚杆延迟了锚固体裂纹萌生、扩展和贯通的过程,加锚试件锚固止裂效率呈先增大后减小的趋势;锚固体透射能量比与破碎耗散能量比呈先下降后上升的趋势,反射能量比呈先上升后下降的趋势,其分形维数与锚杆直径呈二次函数关系,与破碎耗散能密度呈正相关且一次函数关系;锚杆直径对围岩锚固效应的提升存在最优匹配的特点,锚杆直径过大或过小均不利于降低锚固体的冲击破坏程度。研究成果对优化冲击地压巷道锚固支护参数具有指导意义。

工程力学课程思政的探索与实践

课程思政是一种教育教学理念,是将高校思想政治教育融入课程教学和改革的各环节、各方面,实现立德树人润物无声。近年来,课程思政已成为课程建设的重要内容、教学改革的重要方面,工程力学课程也不例外。通过重构课程体系、教材体系,打造慕课、数字课程、数字化教材等,挖掘课程思政元素,创新资源形态和教育教学方法,扎实推进课程思政建设,并取得实效。

面向工程力学专业的基础课高阶性目标探索

新工科教育改革是高校积极应对国家新一轮科技和产业革命的重要举措,创新型工程人才是为适应新技术发展提出的人才培养目标。针对工程力学专业理论基础课创新能力培养不足的现状,以“理论力学”课程建设为例,探索工程力学专业理论基础课程高阶性目标体系建设和多元化教学方法。课程教学设计秉承不断创新的教学理念,突出研究性和探索性,适度增加课程的创新度和挑战度,对知识点进行系统梳理,构建课程高阶性目标体系,为工程力学专业基础“理论力学”课程的深化改革提供借鉴与参考。

基于素质拓展的工程力学应用创新型人才培养的思考

大学生应用创新能力的培养是一项系统工程,第二课堂是第一课堂的有益补充与延伸。以工程力学专业应用创新型人才培养为例,重点论述了加强学生应用创新能力培养的途径。

“工程力学”课程建设的创新实践

“工程力学”课程是西南交通大学众多专业的一门专业基础课。针对“工程力学”课程的建设目标,紧跟高等教育的发展形势,强化改革举措,结合“工程力学”课程特点开发了一系列教学资源,包括视频教程、电子教案、数字课程、在线课程和数字化教材等。同时,通过“线上+线下”的紧密联动,实施探究式、启发式、关联式教学法和课程思政,扎实推进了“工程力学”的课程建设,并取得了一定的实效。

以工程实例为导向的流体力学教学模式改革初探

流体力学课程内容知识点抽象、计算公式较多,致使学生在学习的过程中对所学内容理解不够深刻。针对流体力学课程授课过程中存在的此类问题,提出以工程实例为导向的课程教学模式改革,引导学生结合工程背景深刻理解所学知识点,为提高流体力学课程教学效果提供一种有效的教学思路。

指导工程力学专业本科学位论文的几点认识

针对工程力学的学科特点和工程力学专业本科生在完成学位论文过程中存在的一些问题,阐述了在指导工程力学专业本科学位论文的各个环节需要注重的一些方面,并有针对性地提出了可操作的方法.

专业课程教学中的通识教育——以一般力学类课程为例

探讨在专业课程教学中进行通识教育。通过对通识教育理念的分析,明确在专业课程中进行通识教育要聚焦与专业知识密切相关的基础性心思和心智结构。以一般力学类课程理论力学、振动力学和高等动力学为例,说明相关的心思和心智基础性结构,包括科学精神、研究方法、变化描述、数量关系和基本概念。

钛合金/钢钻杆复合钻柱动力学特性分析与优化设计

钻井深度的持续增加使钻柱面临的载荷工况越来越严苛。钛合金具有密度小、屈服强度高和弹性模量低等特点,基于井口钻杆抗拉余量设计要求,设计3种钛合金/钢钻杆复合钻柱,即复合钻柱1(Φ101.6 mm钻杆段全段使用钛合金钻杆)、复合钻柱2(Φ101.6 mm钻杆上半段使用钛合金钻杆)和复合钻柱3(Φ101.6 mm钻杆下半段使用钛合金钻杆)。为了探究钛合金/钢钻杆复合钻柱(简称为复合钻柱)的动力学特性,基于Hamiton原理建立复合钻柱的动力学模型,并采用节点迭代法和Newmark-β法对模型进行求解,分析3种复合钻柱的涡动特征、动态应力和振动特性,并与常规钢钻柱进行比较。结果表明:钛合金钻杆的使用可有效减缓钻柱涡动速度、动态应力,其中复合钻柱3的涡动速度、动态应力最小;基于振动特征强度对钻井作业参数进行优化,形成复合钻柱3的钻井作业参数推荐图版并给出合理的施工参数范围。

工程力学课程思政模式改革探索

课程思政与立德树人根本任务的落实密不可分,为激发学生对专业知识的内在需求,引导学生将理论知识内化为德行,专业基础课程工程力学教学模式的探索成为必然。文章以课前―课中―课后为时间线,从教师主体、学生主体和考评机制三个维度挖掘了思政元素在课程中的融入,借助辽宁高校MOOC中心进行跨校区修读学分的教学模式改革,创建“课间故事坊”,基于国家级力学实验教学示范中心平台开展开放性实验,采用案例式、贯通式、拓展式的教学方法探索了将丰富的思政元素融入课程的途径和方法,为相关院校专业基础课课程思政的落实提供参考。

中耳力学:骨传导与骨传导助听器

除常用的气传导(air conduction)途径外,人类还可通过骨传导(bone conduction)途径感知声音。骨传导指声音以振动形式通过颅骨及软组织等传导至耳蜗引起听觉感知的物理-生理过程。在几百年前,人类便已认识骨传导现象,并开发了一些利用骨传导的听觉装置。Békésy(1961)发现纯音经骨传导形成的听觉可以被经仔细调节强度相等、相位相反的一个同频率气导纯音所抵消,因此指出骨传导和气传导在耳蜗感知层面具有相同的物理生理机制。骨传导传声过程中大部分能量绕过了外耳、中耳直接刺激内耳,故传导性听力损失患者的骨导听阈并无太大影响,也因此骨传导成为该类患者一种可行的助听方案[1]。一些中耳疾病也常使骨传导听阈形成频率特异的切迹。因此,骨传导成为中耳力学的重要研究课题之一。本文介绍骨传导传音感音的途径与机制,并着重阐述骨传导助听技术的临床应用及其听力学增益。

高校工程力学专业课程思政教育的建设目标与实践路径

我国教育正逐步实现从“思政课程”到“课程思政”的转变,思想政治内容从原有的单一学科演变为各类学科的综合体,课程思政对于提升学生思想政治教育起主要作用,是促进新时代新工科建设背景下各类学科课程综合发展不可或缺的重要组成部分。该文通过分析工程力学专业课程思政现状,提出建设专业师资队伍、将启发式教学与课程思政相结合、将力学实验课程与课程思政融合并予进行实践等举措,充分发挥思想政治教育在工程力学专业课程中的引导作用。

浅谈工程力学发展趋势与理论研究

力学是基础科学，又是技术科学，其发展横跨理工，与各行业的结合是非常密切的。与力学相关的基础学科有数学、物理、化学、天文、地球科学及生命科学等，与力学相关的工程学科有机械、土木、航空航天、交通、能源、化工、材料、环境、船舶与海洋等等。

中耳力学:有限元仿真研究进展

中耳听骨链系统是一个构造精巧的传声装置,通过自身振动将空气中的压力变化(声)信号传导至内耳,克服空气和内耳淋巴液间的阻抗差异。各种中耳病变均会引起这一传声系统的工作异常,导致传导性听力损失。对中耳生理功能和病理机制的深入研究有助于相关临床诊断和治疗技术的发展。实验测量和仿真分析是中耳力学研究的常用方法[1]。实验测量手段的不足主要在于侵入测量困难,获取数据有限,且特殊病理状态的测试样本极难获得。有限元仿真方法基于动力学的理论,在计算机上对中耳传声过程进行再现,不仅成本低廉、可获得多种数据,而且便于研究一些实验中难以模拟的中耳状态。本文介绍有限元仿真技术在中耳生理功能和病理机制研究中的应用,尤其是近年来的进展。

中耳力学:鼓膜的生理和病理

鼓膜是中耳的“门户”,将环境声压转换为听觉器官结构振动,是中耳实现声音传导和放大的重要组成部分。鼓膜具有特殊的形态和结构,不仅在低频和高频传声中具有不同的振动形态,以适应中耳传声特性的需求,还可通过主动调节保护听力。同时,鼓膜是中耳中最易受损的组织之一,也是人类听觉系统中罕见的具有自愈和再生功能的结构。鼓膜修复材料和技术是生物材料、组织工程研究的重要前沿。本文从生物力学角度阐述鼓膜的生理和病理,总结近年来相关领域的最新研究进展。

多次采掘扰动煤体力学特性演化规律试验研究

【目的】矿井开采过程中,多次采掘扰动所引发的循环加卸载效应对煤体力学性能的改变是导致冲击地压灾害发生的原因之一。揭示煤体在此过程中的关键力学参数响应特征及损伤机制可为冲击失稳状态判别提供依据,对提升灾害预测能力具有重要意义。【方法】采用大尺寸类煤体试样,将准静态单轴循环加卸载和冲击动载相结合,精确捕捉试验过程中试样应力、应变以及声发射等响应信息,全面揭示多次采掘扰动作用下试样力学参数变化规律及损伤演化过程。【结果和结论】结果表明:(1)最高加载载荷是影响多次循环加卸载作用下损伤煤体力学性能的最关键因素,随着循环次数的增加,对于加载至屈服阶段的试样,其残余应变呈现先增大后减小再增大的变化趋势,耗散能密度及加载至最高载荷时所对应的声发射特征值逐渐增大,试样损伤程度不断增加;对于加载至弹性阶段的试样,其上述力学特征参数均呈现先减小后增大的变化趋势;而对于试验过程始终处于压密阶段的试样,3组数据均呈现不断减小的变化趋势。(2)在施加冲击动载作用后,3组试样均发生冲击破坏,前期准静态循环加卸载试验中所受载荷越小的试样,其损伤程度越小,发生冲击破坏所需的诱发动载强度越大,峰值破坏弹性模量越大。(3)从应变与能量2个角度对试样损伤度进行表征,通过对比分析,发现能量损伤度对此试验过程中试样损伤程度判别更为敏感。(4)对试样孔洞内部冲击破裂特征观察发现,试样在发生冲击破坏过程中共经历平静期、颗粒弹射期、稳定破坏期以及冲击破坏期4个阶段。(5)可将循环加卸载后期残余应变增大起始值以及冲击破坏过程中稳定破坏前期阶段作为损伤煤体冲击失稳前兆预警信息。研究获得了受多次采掘扰动煤体力学特性的演化规律,可为工程中损伤煤体冲击失稳状态判别提供理论依据,对于及时发现损伤煤体的潜在失稳风险,从而优化支护方案,确保矿井安全开采具有重要意义。

中耳力学:声导抗测试原理及进展

鼓室声导抗(tympanometry或acoustic immittance)测试是中耳功能评估的无创方法,通过向耳道发射探测音,对中耳反射的声压进行测量,形成鼓室图(tympanogram)。鼓室图的曲线变化反映中耳功能的变化,进而用于中耳病理的诊断。近年来对于中耳病变精细化诊断的需求促使了宽频声导抗(wideband acoustic immittance,WAI)的发展,相比临床传统采用单一频率(226 Hz)探测音的鼓室声导抗测试,WAI在更广范围的听觉频率区间对中耳功能进行评估,因此具有更好的敏感性和特异性,有望在临床上广泛应用。本文介绍声导抗测试的基本原理,并总结宽频声导抗相关研究进展。

浅谈工程力学的应用与发展现状

工程力学是力学的一个分支，它主要涉及机械、土建、材料、能源、交通、航空、船舶、水利、化工等各种工程与力学结合的领域。从工程上的应用来说，工程力学它包括：质点及刚体力学，固体力学，流体力学，结构力学，材料力学，土力学，岩体力学等。

基于仿生增韧的玻璃复合材料研制与力学行为评估

目的强韧的工程材料在日常生活和工程应用中的需求日益增长,但是传统的工程材料通常会在强度和韧性之间产生矛盾互斥的现象。自然界中存在大量拥有优异力学性能的生物材料,这些材料凭借独特的微观结构和增强增韧机制实现了高强度和高韧性的兼得。受生物材料微结构的启发,研究者们设计了很多性能卓越的先进结构材料。方法受贝壳珍珠层,鱼鳍条和啄木鸟喙等生物材料中的微结构启发,设计了几种力学仿生结构,并利用激光加工技术和热压复合工艺成功制备了强韧的玻璃复合材料。结果和结论三点弯曲实验结果表明相比珍珠层结构,设计的仿鱼鳍部分分段结构在维持了高刚度和高强度的同时提升了弯曲韧性,这主要得益于滑移和微裂纹的共同增韧机制。单轴拉伸实验结果表明与机械互锁拓扑结构相比,含有缝合界面的仿珍珠层结构拥有卓越的增强增韧效应,这是几何互锁和滑移协同作用的结果。利用仿生结构设计激发的多重增韧机制,结合激光雕刻和热压复合等复合材料加工手段能有效改善脆性材料的力学性能。同时这些仿生策略也为高性能复合材料的设计与制备提供了宝贵启示。

部分排水条件下静力触探试验力学机理研究

在自然状态下,大部分土体的约束条件介于完全排水和不排水两者之间。在孔压静力触探试验(piezocone penetrationtest,CPTU)的贯入过程中,受探头尺寸、贯入速度和岩土材料等因素的影响,将发生部分排水现象。为研究排水条件对CPTU试验数据的影响,开展三轴压缩试验。引入应变增量比,建立考虑渐近状态的修正剑桥(Modified Cam-Clay,MCC)模型。推导考虑渐近状态MCC模型的柱孔扩张理论,提出CPTU测试数据的力学模型。通过数值模拟和模型槽试验,研究归一化贯入速度与排水系数的规律。结合CPTU数据的力学模型,获得应变增量比与排水系数的数理关系。最后以上海市苏州河地区深层排水调蓄管道系统工程的测试数据为背景,验证力学模型的正确性。结果表明:在部分排水条件下,利用考虑渐近状态的MCC模型,能够描述土体的应力-应变关系,合理解释CPTU贯入的力学机理。