新工科背景下力学跨学科课程的建设与探讨

新一轮科技变革业已开始,我国正在大力推动“新工科”建设。力学专业作为工科的关键基础之一,需要结合新时代工程教育改革方向来推进专业教育与学科建设。本文以生物力学与仿生跨学科课程为例,分析了当前跨学科课程所面临的学生缺少了解、教师定位不清、教学方式单一等问题,提出了与低年级通识教育、基础力学课程、现代教育技术相结合的针对性措施,并对其实施效果进行总结,以期为现有工科中的跨学科课程建设提供借鉴和参考。     

基于FDM-DEM耦合的冲击损伤大理岩静态断裂力学特征研究

为探究循环冲击损伤后大理岩的静态断裂力学特征,基于有限差分（finite difference method,FDM）-离散元（discrete element method,DEM）耦合的建模技术构建了三维分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,SHPB）数值模型,其中杆件系统和岩石试件分别采用FLAC3D和PFC3D程序建模。利用该模型对中心直切槽半圆盘（NSCB）试样进行了恒定子弹速度下的循环冲击,随后对受损试样进行静态三点弯曲断裂实验。通过编写Fish程序,提取试样断裂面数据,对断裂面进行重构并定量计算表面粗糙度。通过与相关室内实验结果的对比分析,验证了本文数值分析的合理性与可靠性。模拟结果表明,随着循环冲击次数的增加,试样内部微裂纹、破碎颗粒均增加。连接力场分布混乱,部分力链发生断裂。力链的变化是试样力学性能劣化的根本原因。在静态三点弯曲断裂实验中,冲击5次后试样的静态断裂韧度较天然试样产生一定程度的降低。试样在静载过程中产生的微裂纹和碎块的数量随循环冲击次数的增加而增加,断裂面粗糙度随循环冲击次数的增加而增加。     

岩石力学与工程问题的DDA和NMM模拟研究进展

全面回顾了非连续变形分析(DDA)方法与数值流形方法(NMM)在岩石力学与工程问题模拟领域的研究与应用进展。首先论述了相关理论与算法的研究现状,包括DDA中旋转虚假体积膨胀及能量损耗问题的解决,开裂破坏模拟的子块体单元DDA方法和节点DDA方法,以及颗粒DDA方法的发展等;也包括对NMM开裂破坏模拟能力及双重覆盖系统的研究,无网格NMM及粒子NMM的发展等;其中还涉及单纯形积分、高阶方法、材料本构模型、显式与并行计算的研究等;此外还对接触相关问题的研究进行了专门论述。随后,对DDA与NMM在岩体边坡失稳与落石、地下岩体结构的变形与破坏、应力波传播与岩石爆破、岩体结构地震破坏与失稳及岩体锚固工程领域的代表性研究与应用工作进行了详细论述。在此基础上,凝练和论述了DDA和NMM研究与应用面临的主要问题与挑战,包括计算控制参数、计算效率、多物理场、三维方法、程序的商业化开发等,并给出了相应的对策建议。     

以提升创新能力为目标的基础力学实践教学初探

创新型基础力学人才的培养既要注重专业知识的学习,又要重视学生思辨、质疑与应用能力的提升。受限于不断削减的学时,传统基础力学课程仍以讲授为主,难以开展有效的实践教学环节。这种重理论轻实践的模式易导致学生学习兴趣下降、综合能力不足。为弥补实践短板,国内高校正逐步开展各类型大学生实践项目。本文以大学生创新训练项目为例,系统介绍项目实施期间教师有效的引导方式,以期为新时期力学人才培养贡献力量。     

爆炸冲击波作用下人体肺部的损伤

为探究肺部爆炸伤的致伤机制与评价指标,构建了人体-爆炸流场有限元模型,通过与爆炸事故中人员损伤情况比对,验证了模型的有效性。共进行39个爆炸工况的数值模拟,通过改变爆炸当量与距离,使得胸部受到不同量级爆炸载荷作用,肺部损伤等级从无损伤到严重损伤。通过分析爆炸流场分布、胸腔动力学响应、肺部应力分布等阐明肺部爆炸伤的力学机制。基于人体有限元模型输出的损伤响应,提出肺部爆炸伤的评价指标。研究结果表明:在爆炸载荷作用下,胸前壁高速撞击胸腔脏器,导致肺部产生应力波。随后在惯性作用下,胸前壁持续挤压胸腔脏器,并造成胸腔变形。应力波是造成肺部损伤的主要原因,胸腔变形挤压肺部造成的损伤风险较低。肺部损伤集中在靠近胸前壁及心脏的区域。胸骨速度峰值和胸骨加速度峰值可作为肺部爆炸伤的评价指标。胸部压缩量及黏性响应系数不能反映应力波对肺部造成的损伤,不适合评价肺部爆炸伤。     

力学专业多元化发展的改革探索1)

在论证全学分制下对力学专业进行改革的必要性和可行性的基础上,提出了力学专业改革的思路。全学分制下力学专业的改革旨在将学生自主学习的边界打开,最大限度地实现力学专业与其他工科专业的深度融合,使得力学专业在充分享受全学分制提供的优越性下,又形成了适合本专业持续发展的多元化特色。     

THEORY OF DIELECTRIC ELASTOMERS

In response to a stimulus, a soft material deforms, and the deformation provides a function. We call such a material a soft active material （SAM）. This review focuses on one class of soft active materials： dielectric elastomers. When a membrane of a dielectric elastomer is subject to a voltage through its thickness, the membrane reduces thickness and expands area, possibly straining over 100%. The dielectric elastomers are being developed as transducers for broad applications, including soft robots, adaptive optics, Braille displays, and electric generators. This paper reviews the theory of dielectric elastomers, developed within continuum mechanics and thermodynamics, and motivated by molecular pictures and empirical observations. The theory couples large deformation and electric potential, and describes nonlinear and nonequilibrium behavior, such as electromechanical instability and viscoelasticity. The theory enables the finite element method to simulate transducers of realistic configurations, predicts the efficiency of electromechanical energy conversion, and suggests alternative routes to achieve giant voltage-induced deformation. It is hoped that the theory will aid in the creation of materials and devices.     

求作Fs、M图的快捷方法——积分法

本文主要讨论了绘制剪力、弯矩图的快捷方法——．积分法，通过该快捷方法的应用，使工程技术人员、学生能更快、更好地掌握该方法，并利用其为工程中梁的弯曲强度计算提供便利。