学科交叉背景下机械硕士专业学位研究生培养模式探究——以江苏理工学院为例

学科交叉背景下的研究生培养是未来研究生教育的重要趋势。学科交叉对机械硕士专业学位研究生培养的影响深远而广泛,对提升研究生的综合素质、创新能力和协作能力具有重要意义。从机械硕士专业学位研究生学科交叉培养的要求和现状出发,梳理目前存在的问题,提出通过健全管理机制、重构课程体系、建设导师团队、强化实践环节、完善学科平台等措施,构建主副修复合型课程—综合专业实践—跨学科选题的学科交叉人才培养模式,夯实学科平台—科技团队—科研项目构成的人才培养支撑体系,培养具有创新精神和实践能力的研究生。

钨含量对氟聚物基含能材料放热反应与燃烧性能的影响

为了探索钨对氟聚物基含能材料放热反应与燃烧性能的影响,采用双重球磨混料工艺制备了不同钨含量的氟聚物基含能材料,借助SEM和XRD表征了含能材料燃烧反应前后的微观结构;用氧弹量热仪和同步热分析仪(TG-DSC)分析了含能材料放热反应的释能密度和反应机理,并利用高速热成像相机对含能材料的燃烧特性进行评价。结果表明,随着钨质量分数由0增至30%,氟聚物基含能材料的放热反应释能密度由3690 J/g降至2695 J/g,燃烧速率从40.5 mm/s降至19.6 mm/s;不加钨时,含能材料燃烧火焰的温度最低;随着钨含量增加,火焰温度先显著升高然后缓慢降低;这是由于钨的加入减缓了Al与PTFE放热反应的热量传递,推迟了Al与Fe_(2)O_(3)的放热反应进程。加入钨后生成W_(2)C的反应造成了更多放热反应累积叠加,使氟聚物基含能材料产生更剧烈的燃烧反应过程和更高的火焰温度。

xTiC/LA123复合材料力学性能及显微组织研究

强度不足是限制镁锂合金材料研究和应用的难题之一,复合化是提高金属材料强度的一条有效途径。本文采用搅拌铸造法制备了颗粒增强xTiC/LA123复合材料,并对其进行轧制变形。通过XRD、SEM和力学性能测试,研究TiC颗粒对铸态及轧制态xTiC/LA123复合材料力学性能及显微组织的影响。结果表明:随着TiC含量的升高,铸态复合材料晶粒尺寸降低,强度先升后降,在TiC的质量分数为6%时强度最高,屈服强度及抗拉强度为152、156 MPa。轧制后TiC颗粒沿轧制方向呈流线状分布,且强度变化规律与铸态复合材料规律一致,随TiC含量升高先升后降,屈服强度及抗拉强度升至237、252 MPa,比铸态分别提高了43%和44%。

纤维增强复合材料螺栓连接结构参数化有限元建模方法

有限元建模方法是纤维增强复合材料螺栓连接结构强度分析的有效手段,为提高有限元建模效率,基于ABAQUS分析平台,对纤维增强复合材料螺栓连接结构参数化有限元建模方法进行了研究。根据纤维增强复合材料螺栓连接结构特征和强度分析的需求,采用GUI插件开发了专用的GUI图形参数输入界面,采用Python语言编写了连接结构有限元建模内核脚本程序,采用Fortran语言编写了损伤失效判定准则和刚度退化方法的用户子程序,搭建了纤维增强复合材料螺栓连接结构参数化有限元建模与强度分析平台。以碳/玻混杂复合材料三钉连接结构和T800碳纤维复合材料十钉连接结构为算例,模拟分析了连接结构的破坏载荷和破坏模式,并与试验结果进行了比较,破坏载荷误差在3%左右,破坏模式一致。研究结果表明,该参数化有限元建模与分析平台可实现各类纤维增强复合材料螺栓连接结构的快速自动建模,分析结果准确可靠,为纤维增强复合材料螺栓连接结构快速强度分析和工程优化设计提供了有效途径。

铝基复合材料搅拌摩擦加工制备工艺及其耐磨性能研究进展

铝基复合材料具有密度低、加工性能良好、耐腐蚀等特点,在高性能制造方面拥有举足轻重的地位,被广泛应用于航空航天、船舶机械等领域。然而,在往复运动的工况条件下,工件之间的磨损对材料的性能影响最为显著,从而降低工件的服役寿命。因此,提高工件耐磨性能和延长服役寿命,对于扩展铝合金的使用范围具有非常重要的意义。在制备铝基复合材料的工艺中,搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)技术是制备复合材料的新兴方式之一,所制备的复合材料具有优异的微观组织、不易产生界面反应等特点。所以,搅拌摩擦加工技术在铝基复合材料的生产中有巨大的应用潜力。针对搅拌摩擦加工制备铝基复合材料进行了综述,重点介绍了增强相的种类和含量,以及搅拌摩擦加工中的搅拌道次和焊接等参数,并且讨论了上述因素对铝基复合材料耐磨性能的影响。结果表明:随着增强相含量的增多,铝基复合材料的耐磨性能增强,但过多的含量反而会导致耐磨性能降低;随着搅拌道次的增加,有利于晶粒的细化,但是晶粒的细化程度过高,反而降低了铝基复合材料的耐磨性能。在此基础上,还研究了提高耐磨性能的机理。结果表明,在往复磨损过程中,材料的亚表层易形成动态再结晶,而动态再结晶尺寸对复合材料的耐磨性能有影响,过小的结晶尺寸会使耐磨性能下降。此外,还指出了搅拌摩擦加工制备铝基复合材料过程中存在的问题,如纳米增强相的团聚现象,以及选取适合FSP的工艺窗口等。最后,对FSP未来的研究趋势进行了展望。

新工科视域下材料成型专业立德树人培养的价值维度及实践研究

【目的】应对当前科技进步和产业升级对人才需求的新变化,对高校人才培养模式进行升级与革新。【方法】江苏理工学院材料成型及控制工程专业依托机械、材料、计算机等多个学科开展人才培养,分别对2019、2020、2021级材料成型专业进行了三次培养方案的调整,并坚持立德树人根本任务,定期修订人才培养方案、完善培养体系,重构实践教学体系,建立产教融合机制、优化考核评价方法。【结果】江苏理工学院材料成型专业的产教深度融合机制夯实了专业基础,强化了实践体系,近三年学生在国家级竞赛中获得各类奖项50余项。【结论】材料成型类专业立德树人培养新模式坚持育人为本,重视实践育人,强化育人主体,对培养出新工科背景下符合产业行业转型需求的德智体美等方面均衡发展、创新能力强的复合型人才具有重要意义。

金属材料工程专业新型功能材料课程改革初探

选修课程的课程教学应贴合相应的专业培养目标,据此,本校金属材料工程专业的新型功能材料课程教学进行了“教”“学”“管”三方面的改革。改革核心是在现有教学内容上引入科技文献,以文献为载体,实施语言逻辑性、科学性、应用型的教学。具体方式采用翻转课堂的形式,但翻转的重心放在翻转的准备阶段,确保学生的自学过程扎实有效。课程改革进行了两轮,目前已实现了教学效果的提升,后续将持续改进,深化改革。

激光冲击TC4钛合金材料本构模型参数的修正方法

为了更准确地预测激光冲击强化TC4钛合金表层残余应力分布,通过试验和数值模拟相结合的方法对Johnson-cook(J-C)本构模型参数进行了修正。研究结果表明:修正后的J-C模型提高了激光冲击强化TC4钛合金表层残余应力的仿真精度。

纳米TiC颗粒增强Al-Cu-Li基复合材料摩擦磨损性能的研究

采用中间合金法制备TiC颗粒增强Al-Cu-Li基复合材料,通过GCr15钢球与复合材料在室温下干摩擦滑动磨损实验,研究不同含量TiC与载荷对复合材料摩擦磨损性能的影响。试验结果表明:TiC颗粒细化了复合材料组织,同时也提高了热处理后复合材料的硬度及耐磨损性能,在TiC含量为0.3%时,复合材料表现出优异的耐磨损性能。通过观察磨损后表面形貌,低载荷下主要磨损类型为磨粒磨损和黏着磨损,随着载荷的提高,氧化磨损和循环力引起的疲劳剥落成为了主要磨损类型。随着TiC颗粒的加入,提高了复合材料的硬度,降低了动摩擦系数,黏着磨损得到了抑制,复合材料的耐磨损性能得到了提高。

碳-玻混杂复合材料单钉单剪螺栓连接结构失效模式及渐进损伤分析

采用试验和数值模拟相结合的方法,研究碳-玻混杂复合材料螺栓连接结构的失效载荷、失效模式及其渐进损伤过程。基于ABAQUS平台建立了36种不同宽径比(W/D)、端径比(E/D)连接结构的有限元模型。根据三维Hashin失效准则和三维Chang-Chang失效准则,结合连接结构的拉伸试验,分析了结构尺寸E/D、W/D对失效载荷和失效模式的影响,探讨了不同失效模式下的渐进损伤过程。研究结果表明,一定混杂比的碳-玻复合材料螺栓连接结构的失效主要有挤压失效、剪切-挤压混合失效、拉伸失效三种模式;连接结构的结构尺寸E/D、W/D对结构的失效载荷和失效模式影响较大;连接结构的挤压失效模式是层合板在螺栓孔挤压边轴线位置发生基体挤压损伤,并沿轴线方向呈扇形向外扩展至结构失效;剪切-挤压破坏模式是层合板在螺栓孔至端面处发生大量纤维和基体的拉伸损伤,伴随螺栓孔受压边基体挤压损伤,形成豁口至结构失效;拉伸失效模式是层合板在螺栓孔上下位置发生纤维和基体拉伸损伤,并沿横向扩展至层合板上下边缘至结构失效。

大思政背景下材料类专业课程的思政教学探索

大思政背景下,专业课程各守“一段渠”的思政教育不可或缺,但该环节常面临“强行思政”和“生搬硬套”的困境。如何将课程思政“润物细无声”地引入课程教学成为亟待解决的难题。本文以材料类专业课程“金属基复合材料”为例,提出从教的设计、学的设计、效果评价的设计等三个层面开展专业课程的思政建设,以期为专业课程的思政设计提供可行的实施路径,为专业教师全方位提高“立德树人”水平提供参考。

基于偶氮苯的超分子凝胶材料的研究进展

基于偶氮苯的光响应型凝胶对光刺激可以保证连续性和精确性感知,并在刺激过程中有显著的响应行为性,是目前研究最多的光响应材料之一。本文将含偶氮苯的凝胶体系分成超分子有机凝胶、超分子水凝胶、超分子凝胶体系和有机无机杂化型体系,较系统地综述了近三年来基于偶氮苯的光响应型超分子凝胶的结构特点和研究进展。重点阐述了凝胶因子的分子大小和形态,涵盖了小分子、树枝状大分子、嵌段共聚物、超支化分子等;分析了发挥自组装驱动力的超分子之间的作用,涵盖了氢键、静电相互作用、π-π作用、疏水效应等;总结了自组装聚集形态的构造,涵盖了胶束、囊泡、纤维束、纳米棒等;最后展望了各类凝胶体系在光控开关、药物释放、生物材料等领域的应用前景。

PA6/稀土氧化物复合材料力学与抗紫外老化性能

以稀土氧化物(La2O3和CeO2)为改性剂、聚酰胺(PA)6为基体材料,通过熔融混合挤出,分别制得PA6//La2O3和PA6/CeO2复合材料。对复合材料的力学性能进行了测试和分析,并采用紫外光谱仪对复合材料的抗紫外老化性能进行测试。结果表明,复合材料的拉伸和弯曲强度随La2O3和CeO2含量的增加而逐渐升高,缺口冲击强度则逐渐下降;La2O3和CeO2具有较高的紫外光吸收作用,可明显提升复合材料的紫外光吸收率;在La2O3和CeO2含量相同的情况下,随紫外光照射时间的增加,复合材料的缺口冲击强度和弯曲强度下降,拉伸强度提高;在紫外光照射时间相同的情况下,复合材料的拉伸和弯曲强度随La2O3和CeO2含量变化的趋势与未照射时的变化趋势基本相似;随着紫外光照射时间的延长,复合材料缺口冲击强度随La2O3和CeO2含量变化的曲线逐渐发生改变,最终变为先升高后降低模式。

无卤阻燃ABS复合材料的制备与阻燃性能研究

采用酚醛树脂、磷酸酯、硼酸锌或聚硅氧烷组成复合阻燃剂,与丙烯腈–丁二烯–苯乙烯(ABS)树脂通过熔融挤出混合制备无卤阻燃ABS复合材料。分别研究磷酸酯、聚硅氧烷、硼酸锌用量对无卤阻燃ABS复合材料阻燃性能的影响,考察了阻燃ABS复合材料的热分解行为,观察了无卤阻燃ABS复合材料燃烧产物表面的炭层形貌。实验结果表明,酚醛树脂/磷酸酯复合成炭阻燃体系能有效提高ABS的阻燃性能;硼酸锌和聚硅氧烷对ABS/酚醛树脂/磷酸酯体系阻燃存在阻燃协同效应,提高成炭量;与聚硅氧烷相比,硼酸锌阻燃协同效果较好。

航空铝合金激光焊接关键工艺参数与应力场关系

激光焊接工艺参数不仅影响铝合金结构件的残余应力,而且影响其服役性能,探究参数与应力场的关系对提高焊接结构件的质量具有重要的意义。采用圆锥热源模型对厚度为5 mm的7075-T7351铝合金板材进行激光焊接数值模拟,分析焊接速度和激光能量两个关键参数对焊接残余应力场的影响规律,并借助实验验证模拟结果的准确性,揭示7075铝合金激光焊接工艺参数与应力场的关系。研究结果表明:残余应力会随着焊接速度的增加而不断增大,但当焊速超过一定值后焊核区应力不再增加,最大应力逐渐向两侧扩展;激光能量越大,导致残余应力降低且最大残余应力分布区域逐渐扩大;获得7075铝合金激光焊的最佳工艺窗口,焊接速度5~7 mm/s,激光焊接能量70~100 J/mm。所得研究成果在7075铝合金激光焊接工艺优化的周期缩短和成本降低方面具有一定的价值和意义。

“工程材料与成形技术”课程教学改革的实践与探索

"工程材料与成形技术"是高等院校机械类专业的一门重要的专业基础课。结合一般本科院校的教学现状,针对该课程教学内容丰富且抽象、理论性和实践性都很强的特点,对该课程的教学改革进行了初步的探索。实践结果表明通过课程的教学改革,激发了学生的学习兴趣,提高了教学质量,教学改革取得了一定的成效。

星形硅烷大分子偶联剂的合成及其对聚苯乙烯复合材料的影响

以季戊四醇和α-溴代异丁酰溴反应产物为星形引发剂,通过原子转移自由基聚合方法引发苯乙烯(St)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)和3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)反应,制备了星形大分子偶联剂。通过红外光谱、核磁共振和凝胶渗透色谱对大分子偶联剂的结构和组成进行了表征。对比研究了星形大分子偶联剂相对分子质量对聚苯乙烯/二氧化硅(PS/Si O2)复合材料性能的影响。结果表明,包含星形大分子偶联剂的复合材料的相容性及力学性能得到显著改善,随着星形大分子偶联剂相对分子质量的增加,PS/Si O2复合材料的玻璃化转变温度逐渐升高,冲击强度比未经偶联剂处理过的复合材料提高了近50%。

导热PE-LD复合材料的制备与性能研究

采用低密度聚乙烯(PE-LD)为基体材料,石墨、Al N为导热填充材料,通过双辊混炼、模压制备了导热复合材料,并对该复合材料的导热性能、力学性能、热行为进行了分析。结果表明,随着石墨或Al N含量的增加,PE-LD/石墨复合材料和PE-LD/Al N复合材料的热导率逐渐增大;PE-LD/石墨复合材料的热导率高于PE-LD/Al N复合材料的热导率。当石墨与Al N的总质量分数为50%、石墨与Al N的质量比为4∶1时,PE-LD/石墨/Al N复合材料的拉伸强度、弯曲强度均达到最大值,分别为12.8,17.15 MPa;此时PE-LD/石墨/Al N复合材料的热导率达到最大值,为0.618 W/(m·K),略低于添加质量分数50%的石墨时的PE-LD/石墨复合材料的热导率[0.634 W/(m·K)];当石墨与Al N质量比为1∶4时,PE-LD/石墨/Al N复合材料的热导率为0.488 W/(m·K),高于只添加质量分数50%Al N的PE-LD/Al N复合材料的热导率[0.410 W/(m·K)]。当石墨和Al N总质量分数为50%时,随着Al N含量的增加,PE-LD的结晶度增大。

不同路径下电弧增材制造单层多道热力学分析

在增材制造过程中,金属内部的温度、应力演变对成型件质量有着重要影响。本文对电弧增材制造单层多道成型件进行堆焊实验与有限元分析,研究了单层多道成型件的热力演变规律,及沿长边单向、沿长边往复、沿短边单向扫描路径的温度场和应力场规律。结果表明,熔覆层表面的纵向应力释放能力优异,而横向应力数值相对稳定并在一定区域高于纵向应力;沿长边单向扫描的成型件表面散热效果最好,沿长边往复扫描次之,沿短边单向扫描最低;往复扫描可有效避免单向扫描息弧端处的应力集中,沿短边扫描的纵向应力小于沿长边扫描的,横向应力相反。在进行单层多道路径规划时,应权衡好纵向应力与横向应力的应力释放程度。

热轧工艺对2198合金组织和力学性能的影响

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)以及拉伸试验等方法,研究了不同轧制温度和轧制变形量对2198铝锂合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着轧制温度的增加,2198铝锂合金的强度和塑性呈现出先上升后下降的趋势,当轧制温度达到420℃时,合金再结晶充分,晶粒尺寸较小,分布均匀,抗拉强度和塑性均达到峰值;当热轧变形量增加到80%时,在外力作用下,合金内部形成大量位错,原来粗大的晶粒明显细化,合金强度和塑性逐渐提高,此时合金的力学性能最佳。透射电镜(TEM)分析表明,T8处理后合金的析出相以T1相为主。