BEWARE OF THE BEACH HIDDEN KILLER--RIP CURRENT

离岸流是垂直于海岸线、向外海方向快速移动的强劲海流。对于海边的人员来说非常危险,没有经验的游泳者一旦被离岸流带离浅滩,很难与之对抗游回岸边,往往因力竭而溺水。每年海滨区域都有大量的溺亡事件与此相关,但有关离岸流的知识在公众的视野里仍比较缺乏。本文从流体力学的角度对离岸流的危害、形成、特征以及分类进行了简要介绍,并在如何防范离岸流、保障自身安全等方面给出了一些建议。     

材料三维微结构表征及其晶体塑性有限元模拟

材料的力学性能，尤其是在有限变形下所呈现的宏观各向异性，是材料结构设计和服役寿命考虑的关键因素。由于宏观模型不能较好地反映材料微观结构（晶粒的形貌和取向等）对宏观塑性各向异性的影响，因此，本文建立了能实际反映晶粒形貌的三维Voronoi模型，并基于晶体塑性理论对铝合金在有限变形下的响应进行计算。首先，建立反映材料微结构的代表性体积单元RVE模型进行计算，并与实验结果进行对比验证。然后，以单向拉伸为例，分析了有限变形过程中试件的晶粒形貌和取向分布等微观因素对宏观各向异性演化的影响，并从材料和结构两个层面讨论了微观结构对宏观力学性能的影响。结果表明，本文模型能够反映微观结构对宏观力学性能的影响，为实际生产制造领域构件的力学性能提供可靠的预测。     

材料三维微结构表征及其晶体塑性有限元模拟

材料的力学性能,尤其是在有限变形下所呈现的宏观各向异性,是材料结构设计和服役寿命考虑的关键因素。由于宏观模型不能较好地反映材料微观结构(晶粒的形貌和取向等)对宏观塑性各向异性的影响,因此,本文建立了能实际反映晶粒形貌的三维Voronoi模型,并基于晶体塑性理论对铝合金在有限变形下的响应进行计算。首先,建立反映材料微结构的代表性体积单元RVE模型进行计算,并与实验结果进行对比验证。然后,以单向拉伸为例,分析了有限变形过程中试件的晶粒形貌和取向分布等微观因素对宏观各向异性演化的影响,并从材料和结构两个层面讨论了微观结构对宏观力学性能的影响。结果表明,本文模型能够反映微观结构对宏观力学性能的影响,为实际生产制造领域构件的力学性能提供可靠的预测。     

丝素纤维/硫酸钙抗感染骨材料的制备及性能

通过控制丝素蛋白自组装过程制备了溶液状态下的丝素纳米纤维（silk fibroin nanofibers,SFFs）,与硫酸钙、万古霉素（vancomycin,VCM）复合,制备了VCM/CS/SFFs抗菌骨材料。通过SEM、XRD、紫外分光光度计、万能力学试验机、抑菌圈、MTT等手段分别研究了复合材料的微观形貌与结构、药物释放、力学、抑菌及细胞相容性等性能。结果显示,与水作为固化液相比,随着SFFs溶液（0.017 5~2.1 mg·mL^-1）的加入,复合材料凝固时间可控,降解率逐渐降低,抗水性增强,韧性提高;同时随丝素纳米纤维含量的增加骨材料抗压强度表现为先增加后减小的趋势,一周内药物释放速率降低;材料同时具有抑菌作用;MTT实验结果显示,加入丝素纳米纤维后与纯的硫酸钙相比MC3T3细胞增殖明显。     

丝素纤维/硫酸钙抗感染骨材料的制备及性能

通过控制丝素蛋白自组装过程制备了溶液状态下的丝素纳米纤维(silk fibroin nanofibers,SFFs),与硫酸钙、万古霉素(vancomycin,VCM)复合,制备了VCM/CS/SFFs抗菌骨材料。通过SEM、XRD、紫外分光光度计、万能力学试验机、抑菌圈、MTT等手段分别研究了复合材料的微观形貌与结构、药物释放、力学、抑菌及细胞相容性等性能。结果显示,与水作为固化液相比,随着SFFs溶液(0.017 5~2.1 mg·m L~(-1))的加入,复合材料凝固时间可控,降解率逐渐降低,抗水性增强,韧性提高;同时随丝素纳米纤维含量的增加骨材料抗压强度表现为先增加后减小的趋势,一周内药物释放速率降低;材料同时具有抑菌作用;MTT实验结果显示,加入丝素纳米纤维后与纯的硫酸钙相比MC3T3细胞增殖明显。     

超声波作用下SiO_2纳米颗粒的分离

在范德华力的作用下,纳米颗粒常常会黏在一起。黏在一起的纳米颗粒的分离提纯是纳米领域亟待解决的难题。研究了超声波作用下受到范德华力的两个SiO_2纳米颗粒的分离。假设颗粒处于空气中且是刚性的,给其中一个颗粒施加超声波振动,计算两个颗粒之间的范德华力和距离变化。结果表明,颗粒粒径比、超声波幅值、超声波周期、超声波平均能量密度对颗粒分离产生不同的影响。     

碳纤维/环氧树脂仿贝壳珍珠层结构强韧机制与性能优化的实验研究

材料的轻量化设计在生产实践中具有重大意义,将天然贝壳珍珠层结构应用到现有的高性能人工合成材料上,能够获得性能更加优异的轻质高强结构材料。本文采用碳纤维/环氧树脂复合材料,设计出了多种具有规则"砖-泥"交错叠层结构的仿贝壳珍珠层复合材料,通过力学性能测试实验、微观结构表征及力学原理分析等对不同片层单元长度及不同单元搭接形式的材料在拉伸载荷下的力学行为进行了研究,探索了其微观结构对材料强度和韧性的影响机制。结果表明,"砖-泥"交错叠层结构中"砖块"单元长度是影响材料强度和韧性的关键因素,而在此基础上通过对片层搭接形式的优化设计,可进一步改善其内部的应力分布与载荷传递机制,从而实现其强度和韧性的进一步提升与有效调控。     

碳纤维-泡沫铝夹芯板低速冲击响应

为研究夹芯结构的低速冲击响应,以碳纤维(T700)/环氧树脂复合材料层合板为上下面板,以闭孔泡沫铝为芯层,模拟夹芯板落锤冲击时的损伤演化过程。复合材料层合板采用三维实体单元建模,基于有限元软件ABAQUS中的用户子程序VUMAT,引入三维Hashin失效准则模拟复合材料的损伤破坏;采用二次应力准则,Cohesive单元模拟黏结层的层间失效;闭孔泡沫铝芯层采用3D Voronoi细观模型建模。分析复合材料夹芯结构在落锤冲击下的损伤起始、损伤扩展和最终破坏模式,通过锤头的接触力、位移、夹芯板的内能、后面板的最大位移研究夹层结构的能量吸收情况及抗冲击特性,得出了在质量保持不变的情况下,5种芯层相对密度和厚度的耦合关系中的最优设计是芯层相对密度15.0%,厚度为10 mm,为满足实际工程中的需求提供了设计依据。     

警惕海滩隐形杀手——离岸流

离岸流是垂直于海岸线、向外海方向快速移动的强劲海流。对于海边的人员来说非常危险,没有经验的游泳者一旦被离岸流带离浅滩,很难与之对抗游回岸边,往往因力竭而溺水。每年海滨区域都有大量的溺亡事件与此相关,但有关离岸流的知识在公众的视野里仍比较缺乏。本文从流体力学的角度对离岸流的危害、形成、特征以及分类进行了简要介绍,并在如何防范离岸流、保障自身安全等方面给出了一些建议。