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当期目录

    2022年 第44卷 第3期    刊出日期:2022-06-08
    氢进万家专题
    天然气掺氢管道输运及终端应用
    于子龙, 张立业, 宁晨, 孙钢, 刘泓芳, 安振华, 王金华, 黄佐华, 鲁仰辉, 杨沐村
    2022, 44(3):  491-502.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-558
    摘要 ( 124 )   HTML ( 13 )   PDF (1137KB) ( 80 )  
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    氢能是最有潜力的碳中和清洁能源载体,天然气掺氢在管道输运和终端应用方面具有优势。本文调研了国际上具有代表性的天然气掺氢研究及示范项目,分析了天然气掺氢管道输运和终端应用的可行性和经济性。研究结果表明:低比例的氢气(20%体积比以内)加入天然气管网系统中并不会明显增加相关事故风险及危害,对系统进行轻微改造的情况下最高可以允许50%体积比氢气加入天然气管网系统。通过经济性分析核算了天然气掺氢的成本,给电厂进行天然气掺氢提供参考。鉴于各个国家在天然气成分、管道条件和管道材料上的不同,我国应根据实际的管路、气体具体情况开展对于天然气掺氢的分析研究。

    氢环境下压力容器及管道材料相容性研究进展
    陈林, 董绍华, 李凤, 张行
    2022, 44(3):  503-518.  DOI: 10.6052/1000-0879-22-075
    摘要 ( 145 )   HTML ( 12 )   PDF (1930KB) ( 455 )  
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    氢能作为一种理想的清洁能源受到世界各国重视。压力容器和管道是氢能产业大规模、长距离、安全高效输送的重要途径。但长期使用过程中金属容易发生氢脆并导致失效,对氢能应用带来了极大挑战。本文针对氢环境下压力容器及管道材料相容性进行论述,首先阐述了典型氢脆机理及氢进入材料内部的渗透机理,随后总结分析了压力容器和高钢级管线钢氢脆特征。针对氢致失效难题提出如下措施:(1)改善热处理及加工工艺,避免钢中出现对氢敏感的组织,同时严格控制钢中夹杂物含量及尺寸;(2)改善焊接工艺,减弱热影响区氢致开裂敏感性;(3)钢中引入有效氢陷阱提高其抗氢脆性能。该结论将为未来压力容器及管道使用安全性研究打下基础。

    位错载氢运动对材料氢脆行为的影响
    齐晓琳, 马倬, 陈林, 董绍华
    2022, 44(3):  519-525.  DOI: 10.6052/1000-0879-22-136
    摘要 ( 76 )   HTML ( 3 )   PDF (1249KB) ( 160 )  
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    位错载氢运动会导致金属结构材料中氢原子的再分布和氢损伤的加剧,但目前仍缺乏相关实验数据支撑。本文首先对比了高锰钢预充氢后在四种应变速率(1×10–3 s–1,1×10–4 s–1,1×10–5 s–1和1×10–6 s–1)下的断口特征,随后结合理论计算探究了不同应变速率下位错载氢对金属材料氢脆行为的影响。结果表明较慢应变速率(1×10–5 s–1 and 1×10–6 s–1)下拉伸的试样具有比较快应变速率(1×10–3 s–1 和 1×10–4 s–1)拉伸时更高的氢脆敏感性和更大的断口脆性区面积。这是因为较慢应变速率下拉伸时,氢可以随位错运动,导致在塑性变形过程中形成更大的氢原子扩散距离和脆性区深度。此外,在更慢的应变速率(1×10–6 s–1)下,晶界处可以富集更多的氢,导致断口具有最大的脆性区面积。但是由于塑性变形过程中形成大量对氢原子具有强束缚作用的缺陷,导致实际位错载氢运动距离远低于理论位错载氢运动距离。

    储氢长管拖车隧道燃爆事故演化机理研究
    时婷婷, 汪侃, 张思琪, 褚樾炜
    2022, 44(3):  526-534.  DOI: 10.6052/1000-0879-22-125
    摘要 ( 97 )   HTML ( 6 )   PDF (1763KB) ( 359 )  
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    储氢长管拖车在城市公路隧道运输时突发异常状况将导致氢气泄漏和燃爆事故,本文通过构建储氢长管拖车隧道事故模型,基于隧道内氢气泄漏浓度、冲击波和温度场等特性参数分析,阐明燃爆事故演化规律和毁伤机理。研究表明,泄漏氢气在隧道口呈竖向羽流扩散,而隧道内扩散时会在一定区域积聚。氢气燃爆处驻留车辆和设备构成边界约束条件,将增强爆炸冲击波的传播速度和峰值超压。此外,冲击波与火焰形成耦合效应,进而增强了破坏后果。

    富氢天然气家用燃气具研发
    江先明, 黄逊青
    2022, 44(3):  535-542.  DOI: 10.6052/1000-0879-22-057
    摘要 ( 115 )   HTML ( 11 )   PDF (594KB) ( 296 )  
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    富氢天然气家用燃气具是“氢进万家”战略实施的关键终端产品。本文介绍了万和公司的富氢天然气家用燃气具研究和开发工作,主要解决了确定界限气特性,并对材料相容性、泄漏控制、低应力控制、富氢就绪等问题,明确了满足掺氢比例为0~20%的富氢天然气适应性要求的技术措施和实施方案。同时,万和公司的富氢天然气家用燃气具研发成果,为富氢天然气的规模化应用提供了具有合理技术经济性的“富氢就绪”方案。

    掺氢天然气在燃气锅炉和灶具中的回火风险分析
    王天天, 张海, 张扬, 周托, 岳光溪
    2022, 44(3):  543-553.  DOI: 10.6052/1000-0879-22-046
    摘要 ( 100 )   HTML ( 6 )   PDF (1101KB) ( 378 )  
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    掺氢天然气随已有管网输送到用户燃烧利用,是低成本大规模利用氢能的方式之一。掺氢比变化会影响燃烧设备运行参数,使设备回火特性发生变化。因此,本文定义参数β定量比较预混气体未燃侧流速和火焰传播速度的变化幅度大小,以表征设备回火风险。通过实验数据校核,当β < 0.6时,实际燃烧设备发生回火的风险显著增加;掺氢后燃气灶具(0.2 < β < 1)相比于预混的燃气锅炉(0.95 < β < 1.4)更容易发生回火,维持其安全运行所耐受的掺氢比更低。

    团聚物参数对质子交换膜燃料电池内部传热影响
    李艺彤, 郭航, 陈浩, 叶芳
    2022, 44(3):  554-563.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-586
    摘要 ( 63 )   HTML ( 9 )   PDF (1061KB) ( 124 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    质子交换膜燃料电池阴极催化层中的团聚物内电解质体积分数和团聚物半径会影响氧气的传输阻力,从而影响电化学反应速率,进而影响电池内的热量产生和传递。然而,团聚物内电解质体积分数和团聚物半径对燃料电池内传热的具体影响规律尚不明确。因此,本文建立了二维、两相、非等温质子交换膜燃料电池团聚物模型,探究团聚物内电解质体积分数和团聚物半径对电池内温度分布和产热量的影响。结果表明,团聚物内电解质体积分数的增加和团聚物半径的减小使得氧气的传输阻力减小,从而有利于电性能的提高,并使得膜电极组件各部分的产热量增加,以及阴极催化层内的氧还原反应产热量、欧姆产热量和气液相变产热量均增加,但不利于温度分布的均匀性。

    专题综述
    核用钢高温力学性能及本构模型综述
    莫亚飞, 杜柔, 马寒松, 刘小明
    2022, 44(3):  564-575.  DOI: 10.6052/1000-0879-22-110
    摘要 ( 109 )   HTML ( 7 )   PDF (1155KB) ( 180 )  
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    为发展适用于结构完整性评定的高温非弹本构模型,本文对316奥氏体不锈钢和9Cr-1Mo钢高温力学性能及非弹本构模型进行了综述。通过比较单轴拉伸、应变控制循环、蠕变以及塑变?蠕变交互性能,展示了两类核用钢高温力学行为的异同。其中,温度、加载速率、应力水平等对核用钢高温力学性能均有影响。另外,综合评价了用于描述核用钢高温力学性能的两类非弹本构模型,并对模型发展趋势进行了讨论。对核用钢高温力学性能综合准确描述有助于解决工程中核反应堆结构完整评价问题。

    应用研究
    Kustaanheimo–Stiefel变量与二体问题的正规化
    刘延柱
    2022, 44(3):  576-579.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-443
    摘要 ( 53 )   HTML ( 3 )   PDF (543KB) ( 60 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    本文叙述Kustaanheimo–Stiefel变量及其从四元数发展形成的过程,以及Kustaanheimo–Stiefel变换在二体问题正规化中的应用。

    基于循环神经网络的海冰弯曲强度预测分析
    孟丁丁, 陈晓东, 季顺迎
    2022, 44(3):  580-589.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-434
    摘要 ( 71 )   HTML ( 4 )   PDF (1019KB) ( 59 )  
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    海冰弯曲强度是确定锥体海洋平台、船舶和港口码头等斜面工程结构冰载荷的重要参数,是海冰力学性质的主要研究内容。本文首先对2009—2010年的渤海海冰三点弯曲试验数据进行总结,分析了温度、盐度、密度及孔隙率对海冰弯曲强度的影响。基于现场试验数据建立了海冰弯曲强度的循环神经网络(recurrent neural network,RNN)预测模型,并采用随机梯度下降法和Adam优化算法对RNN预测模型进行了优化。本预测模型将海冰温度、盐度、加载速率和密度等参数作为输入,将海冰弯曲强度作为输出。在建模过程中,数据被随机排序和归一化处理,并采用评价指标评估其模型的准确性,对RNN预测模型进行优化。将RNN模型对海冰弯曲强度的预测结果与试验经验公式结果进行了对比。预测结果表明,RNN模型对海冰弯曲强度的预测精度显著优于试验经验公式分析结果。该预测模型能有效解决海冰弯曲强度与其影响因素间的复杂的非线性关系,可为海洋工程结构的抗冰设计提供参考依据。

    封闭应力方向对巴西圆盘试验影响的数值模拟
    王涛, 王莉, 佟业蒙
    2022, 44(3):  590-597.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-453
    摘要 ( 58 )   HTML ( 5 )   PDF (2609KB) ( 58 )  
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    为揭示封闭应力对巴西圆盘应力分布和破裂演化过程的影响,开展不同方向封闭应力对巴西圆盘破裂二维数值模拟研究。将封闭应力的区域等效成一个封闭的包裹体分布在岩体中,探究不同方向封闭应力对圆盘应力分布和裂纹扩展的影响。结果表明,施加封闭应力的部位出现局部应力变化明显高于未施加的区域,随着加载的进行,施加封闭应力区域的局部应力小于周围未施加封闭应力的区域;对比有无封闭应力存在时加载过程中最大米塞斯应力,得出当封闭应力与加载方向夹角为0°时最大,为20.78 MPa;当无封闭应力和封闭应力方向为0°时,圆盘中心起裂,封闭应力方向为30°,60°,90°时,圆盘的裂纹带发生倾斜并出现多条倾斜短裂纹,圆盘未中心起裂。

    三维椭球形缺陷启裂载荷随倾角和压缩度变化的规律
    高经纬, 肖艳, 范立峰
    2022, 44(3):  598-604.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-456
    摘要 ( 66 )   HTML ( 3 )   PDF (1356KB) ( 42 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    本文基于扩展有限元法模拟不同尺寸和倾角三维椭球形缺陷的启裂行为,随后引入压缩度描述缺陷扁平程度,最后讨论缺陷倾角和压缩度对其启裂载荷的影响。结果表明:当缺陷形状呈扁椭球形时,随倾角(缺陷倾向与力方向的夹角)增加,启裂载荷先减小后增加。当缺陷形状呈近球形时,启裂载荷随倾角增加变化轻微。当缺陷倾角为0°时,其启裂载荷随压缩度增加先减小后增加。当倾角为15°,30°,45°,60°和75°时,启裂载荷随压缩度增加而减小。

    考虑摆动腿动态的变长度柔性双足机器人步态切换控制研究
    廖发康, 周亚丽, 张奇志
    2022, 44(3):  605-617.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-394
    摘要 ( 55 )   HTML ( 4 )   PDF (2719KB) ( 33 )  
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    弹簧负载倒立摆模型是一种典型的双足行走模型,已经成为研究机器人类人行走的基础。本文在此模型的基础上进行了扩展,通过添加刚性躯干、脚质量及采用变长度伸缩腿,充分考虑了躯干及摆动腿动力学对机器人行走步态的影响。首先,利用欧拉–拉格朗日法推导了动力学方程。其次,设计了反馈线性化控制器来跟踪目标轨迹,以及调节摆动腿和躯干的姿态。第三,提出了步态切换策略,通过控制腿部长度和髋关节力矩来实现步态切换,从而改变平均行走速度。最后,通过计算机仿真验证了该方法的有效性。仿真结果表明:该控制策略能够有效地跟踪系统的期望轨迹及实现两种自然步态之间的切换,并形成稳定的极限环,实现机器人的稳定行走。

    考虑刷丝支承刚度的高速引电器转子动力学特性研究
    张岩松, 王旭华, 张岩, 宁阳, 张广昊
    2022, 44(3):  618-623.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-422
    摘要 ( 60 )   HTML ( 3 )   PDF (978KB) ( 49 )  
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    为研究多通道刷丝–滑环接触副中刷丝支承刚度对系统动力学特性的影响,将刷丝简化为欧拉–伯努利悬臂梁,推导了刷丝支承刚度计算的理论公式。建立了滑环胶合细长轴的高速引电器转子系统有限元模型,考虑多通道刷丝支承刚度影响,开展了转子系统动模态数值仿真分析,得到了系统振型图、坎贝尔图及临界转速偏离裕度。研究结果表明,刷丝支承刚度对引电器转子细长轴结构一阶弯曲模态的影响不可忽略。

    考虑温度效应的层状复合岩石力学损伤试验及模型研究
    杨振, 亓宪寅, 王胜伟, 付鹏
    2022, 44(3):  624-632.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-447
    摘要 ( 63 )   HTML ( 3 )   PDF (2548KB) ( 134 )  
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    为研究层状复合岩石高温作用下的力学特性,对相似材料制备的层状复合岩石进行20℃(室温),100℃,200℃和300℃热处理,并开展单轴压缩试验获取其物理力学参数。结果表明,随着温度升高,层状复合岩石质量变化率与体积膨胀率呈上升趋势,且在100℃时增幅明显。拟合各力学参数的经验公式发现,峰值强度及弹性模量趋于劣化并呈线性降低,峰值应变与温度成正相关。随着温度升高,层状复合岩石呈剪切–滑移型破坏,单一类岩石由剪切破坏向张拉–剪切破坏转化,破坏时微裂纹数量增多,在300℃时延性特征显著。引入考虑温度效应的岩石本构模型并拟合了不同温度下的应力应变曲线,该模型较好地表征了热处理后层状复合岩石的损伤演化规律及破坏特征,合理地揭示了层状复合岩石高温作用后的损伤机理。

    高匹配单边缺口拉伸试件J积分塑性因子研究
    武旭, 谢彬, 谢文会, 张明敏, 韩旭亮, 马晨波, 邓小康
    2022, 44(3):  633-639.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-420
    摘要 ( 48 )   HTML ( 1 )   PDF (1379KB) ( 59 )  
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    管道焊缝区域材料容易产生缺陷,采用高匹配焊接接头在一定程度上可以解决此类问题,高匹配焊接接头断裂韧性准确测试的基础是J积分塑性因子的准确性。本文针对高匹配试件厚宽比为1的单边缺口拉伸(single edge notch tension, SENT)试样,建立高匹配不含侧槽与侧槽深度为10%的SENT试样有限元模型,计算考虑裂纹长宽比、匹配系数、焊缝宽度的J积分塑性因子,分析裂纹长宽比、匹配系数、焊缝宽度、试件侧槽对J积分塑性因子的影响,拟合高匹配J积分塑性因子方程,为高匹配SENT试样的J积分阻力曲线的精确测试提供依据。

    考虑剪切面积修正的土的剪应力−剪切位移及强度分析
    雷胜友, 惠会清
    2022, 44(3):  640-645.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-392
    摘要 ( 57 )   HTML ( 1 )   PDF (941KB) ( 48 )  
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    在直剪试验过程中,随着剪切位移的增大,试样的剪切面积不断减小,如果以恒定的剪切面积来计算,所得的剪应力是不真实的,为了克服以上缺点,通过理论推导,得到了不同剪切位移下的剪应力表达式。研究表明,本文所得剪应力比恒定剪切面积法所得剪应力大,其差值随剪切位移的增大而增大,随剪切面直径或边长的增大而变小。当试样的直径或剪切边长为6.18~50 cm,剪切位移为2~60 mm时,本文所得的土的粘聚力提高了4.9%~14.6%,内摩擦角提高了3.9%~13.4%。建议尽量使用剪切面积大的试样进行直剪试验。

    教育研究
    平面问题转轴公式适用性的讨论
    李敏, 李依伦, 陈伟民
    2022, 44(3):  646-650.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-417
    摘要 ( 73 )   HTML ( 3 )   PDF (845KB) ( 87 )  
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    平面应力(应变)转轴公式是材料力学应力(应变)分析部分的主要教学内容,尽管转轴公式基于特定的应力(应变)状态导出,但在后续的应用,包括例题与习题中的引用并没有限定于平面应力(应变)状态。为了澄清学生常见疑惑,本文使用简单的方式对该问题进行说明,供教师教学时参考。

    如何在教学中培养学生的思维和能力(1):观察与思考
    高云峰
    2022, 44(3):  651-656.  DOI: 10.6052/1000-0879-22-086
    摘要 ( 90 )   HTML ( 5 )   PDF (1335KB) ( 101 )  
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    教育的本质是培养学生思维和解决问题的能力。力学课程强调基本概念、基本理论和基本方法,但课程中概念多、公式多,是工科比较难学的课程之一。教学中可以设计一些启发性的案例,既与学生所学知识有关,又生动有趣、富有哲理,让学生了解抽象理论如何运用于实践、学会处理复杂问题的方法并获得超越知识的智慧。本文介绍了自行车运动、跳高运动及跳水运动中的现象,并分别从参考系、质心运动定理、动量矩守恒的角度解释了这些现象背后的力学原理,以及带给我们的启示。

    叠梁的变形与弯曲切应力影响的关系讨论
    李澳, 胡伟平, 孟庆春, 詹志新
    2022, 44(3):  657-662.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-399
    摘要 ( 64 )   HTML ( 4 )   PDF (790KB) ( 59 )  
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    梁的弯曲切应力分析是材料力学中的一个重要内容,但是通过叠梁与整体梁不同弯曲变形形式的演示实验来说明梁层间存在切应力容易造成概念上的混淆。本文仍然采用材料力学方法分析了层间粘接后两层之间的相互作用,指出其本质是约束两层的拉伸与压缩变形而非约束层间剪切变形。正是这种约束作用使得横截面弯曲正应力重新分布,造成两种梁弯曲变形的明显差异。这一分析过程能够启发学生思考实验现象背后的力学本质,理解相关力学概念。

    工程科学教育中的力学——以法国工程师教育为例
    李真珍, 胡更开
    2022, 44(3):  663-671.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-496
    摘要 ( 74 )   HTML ( 6 )   PDF (753KB) ( 180 )  
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    工程科学是自然科学与工程技术的桥梁,钱学森先生对工程科学进行过深入分析,并指出了人才的成长路径。力学作为一门工程科学,是诸多工程领域的理论基础。在工程科学家的培养中,力学的深入学习起到至关重要的作用。本文以两所法国工程师学校为例,介绍其通识教育体系的设立、课程模式的制定,尤其重点介绍力学在其通识课程中所占的比重,以及教学内容的选取与设置。希望能为探索工程科学家培养模式的国内工科教育提供一定的参考。

    弹性力学与流体力学基本方程的统一性
    黄忠文, 张博文, 唐明哲, 王发达, 徐钦旭
    2022, 44(3):  672-676.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-534
    摘要 ( 102 )   HTML ( 10 )   PDF (501KB) ( 76 )  
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    本文将流体微元看成固体微元的特殊情况,并结合流体静止时无切应力的性质,首先利用弹性力学的柯西公式得到流体静压强的概念,其次利用弹性力学的平衡微分方程得到流体静力学的欧拉方程。然后通过考虑弹性体与不可压缩流体的共性及差异,利用弹性体动力学的基本方程直接推导出流体动力学中不可压缩黏性流体的N–S方程。本文方法避开了流体力学基本方程的传统推导方法,证明了流体力学与弹性力学的基本方程具有高度的统一性。利用该研究结果可以进一步改善力学课程的教学内容,加深理解力学基本原理,有效提高力学课程教学水平。

    计算梁弯曲变形的一种特殊叠加法
    雷芳明, 顾春龙, 赵永刚
    2022, 44(3):  677-680.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-504
    摘要 ( 58 )   HTML ( 4 )   PDF (815KB) ( 82 )  
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    梁的弯曲变形是材料力学的核心内容之一。本文基于梁的弯曲变形理论,以悬臂梁的弯曲变形为基础,给出了一种求解梁弯曲变形的“特殊叠加法”,该方法对于计算简支梁、外伸梁以及变刚度梁的变形问题尤为方便和有效。

    面向实战化需求的流体力学教学改革与实践
    孟庆昌, 张志宏, 邓辉, 易文彬, 顾建农, 王冲, 夏维学
    2022, 44(3):  681-686.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-398
    摘要 ( 58 )   HTML ( 3 )   PDF (983KB) ( 159 )  
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    流体力学课程理论性强、内容抽象、枯燥难懂,传统教学内容缺乏与实战化内容的联系,学员学习目标不明确,理论性与实战性分离,因而学员的主体性和教学内容的高阶性不足。为了解决学员学习兴趣不高、动力不足的问题,面向实战化教学需求,在教学内容上发展了“四个引入”理念,即引入流动现象、军事应用、科研成果、思想方法,在教学模式上提出了具体实施的“六个环节”,即设疑、分析、释疑、拓展、应用、创新,通过理论与实际相结合,搭建起了课堂与战场之间的桥梁。提升了学员学习动力和兴趣,改善了教学效果。

    基于数字图像相关方法的材料力学实验教学探索
    何巍, 张宸, 方棋洪, 谢惠民, 韩美东
    2022, 44(3):  687-692.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-533
    摘要 ( 67 )   HTML ( 5 )   PDF (1742KB) ( 361 )  
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    实验教学是培养学生实践和创新能力的重要手段,如何在有限的实验学时条件下,开展丰富高效的力学实验、关联更多的理论知识点是材料力学教学改革亟需解决的问题。本文引入数字图像相关(digital image correlation, DIC)方法,以带孔低碳钢拉伸和高温镍基合金热变形测量等试验为例,对材料力学实验教学进行改革探索。实践表明,基于DIC方法的实验教学可充分发挥出DIC全场变形可视化、测量过程简单、快速精确等优势,显著调动了学生的学习兴趣,加深了学生对多个关联知识点的理解,同时启迪了学生的科学创新意识。

    新工科背景下基础力学实验教学模式改革实践与探索
    刘晓宇, 杨谨蔚, 赵晓争, 肖思, 余鹏
    2022, 44(3):  693-699.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-459
    摘要 ( 68 )   HTML ( 5 )   PDF (728KB) ( 144 )  
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    针对“约定真值”的传统实验教学模式存在的判据模糊、内容固化和数据处理简单等不足,本文开展了“新工科”基础力学实验教学模式改革探索工作。通过调整教学观念、丰富实验内容和系统数据处理等方法,明确了基础力学实验判据,构建了以学生自主实践为中心,旨在培养实践创新能力、人文素养和家国情怀的力学实验教学新模式。

    以学生为中心的工程流体力学课程体系改革和构建
    王芳, 刘中秋, 谭建鹏, 荣文杰, 李宝宽, 齐凤升
    2022, 44(3):  700-705.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-475
    摘要 ( 66 )   HTML ( 1 )   PDF (803KB) ( 175 )  
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    本文介绍了新工科背景下东北大学能源与动力工程专业工程流体力学课程体系改革的探索。结合笔者多年教学经验,从教学模式、教学内容、教学手段和教学环节等多方面,提出了以学生为中心、以问题为导向的工程流体力学课程体系改革方案及构件要素。

    以提升创新能力为目标的基础力学实践教学初探
    马佳, 董帅, 唐雪松, 尹振浩
    2022, 44(3):  706-711.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-479
    摘要 ( 56 )   HTML ( 8 )   PDF (642KB) ( 49 )  
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    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。

    岩石三轴力学教学实验装置研制及教学应用
    闫传梁, 董磊峰, 程远方, 任旭, 韩忠英, 刘彬
    2022, 44(3):  712-716.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-509
    摘要 ( 56 )   HTML ( 2 )   PDF (983KB) ( 91 )  
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    随着构思—设计—实现—运作教学理念在国内高校的推广,实验教学对学生学习越来越重要,但传统的常规三轴力学实验装置造价高且实验过程具有一定的危险性。为了克服以上实验教学过程中的局限,设计了一种内置框架岩石三轴力学教学实验装置。该装置省去了传统装置中体积巨大的框架结构,具有刚度大、体积小、成本低、操作安全简单等特点,有利于在实验教学中激发学生的科研兴趣,培养学生的动手实践能力。

    力学纵横
    二十年跨界创新研究的反思与建议
    郑泉水
    2022, 44(3):  717-724.  DOI: 10.6052/1000-0879-22-199
    摘要 ( 91 )   HTML ( 7 )   PDF (979KB) ( 436 )  
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    近十年来,人类发展进入到了一个前所未有的急剧变化期——即将跨过人工智能超越人类智能的临界点。在此大背景下,过去两个世纪缘由知识爆炸和人类智能局限而发生的学科越分越细的趋势正发生根本性扭转,即转向以“发现未知–创造未有”大问题为牵引,跨越学科的创新。其中,所谓 “从0到1”创新是指最终能产生全球历史性影响,甚至改变世界的源头创新。任何一项成功的从0到1创新在其从0到1和之后的“从1到N”阶段都难免遭遇“死亡谷”,且每一段都是长达10余年的周期。自2000年起,我的研究从力争在传统学科(力学、应用数学、材料科学)中做得“最好”,全面转向了“跨界”源头创新。经过20年的不懈努力,我和团队在“结构超滑技术”和“拔尖创新人才培养模式”两方面,从一定意义上讲,都跨越了从0到1阶段的死亡谷并步入了从1到N的发展新阶段,现正以双螺旋的方式跋涉迈进。在这一过程中发挥了独特且关键作用的是我60年人生前20年的受教育经历、中间20年的数学与力学研究积淀,和近20年学生直面挑战的勇敢参与,以及与多学科著名教授学者的深度合作。我的研究经历,不仅横跨了STEM(科学、技术、工程、数学),也扩展到更前端的创新教育和更后端的技术产品研发。希望我的分享对怀抱从0到1创新梦想的年轻研究者和学子们,能有所借鉴和启发。

    身边力学的趣话
    山色空蒙雨亦奇——漫话雨
    王振东
    2022, 44(3):  725-728. 
    摘要 ( 47 )   HTML ( 7 )   PDF (2557KB) ( 73 )  
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    书刊评介
    评王敏中等编的《数学弹性力学研究的若干进展》
    武际可
    2022, 44(3):  729-731. 
    摘要 ( 44 )   HTML ( 4 )   PDF (328KB) ( 33 )  
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    力学史话
    18 ~ 19世纪材料试验机一瞥
    张伟伟, 马宏伟, 王志华
    2022, 44(3):  732-739.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-111
    摘要 ( 60 )   HTML ( 4 )   PDF (2691KB) ( 137 )  
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    最早的材料试验机只能测出载荷的大小,主要采用了杠杆原理,杠杆既是加载装置,也是测力装置。1833年德国应用力学学家Franz Joseph Ritter von Gerstner(1756—1832)设计出了杠杆式应变计,实现了力与变形的同时测试,这在材料力学性能实验测定中具有重要意义。18~19世纪随着桥梁、铁路、锅炉、军工等工业水平的发展,人们迫切地需要材料试验机测定材料的力学性能,以确保工业产品的安全和质量。因此,建材厂、钢铁厂、设计、施工单位等根据自己的需求设计了各种各样的材料试验机,不过这一时期的试验机只是为了特定目的设计的,本身并不是产品。随着测试需求的扩大,1879年美籍(挪威移民)工程师Tinius Olsen(1845—1932)将拉伸、压缩以及横向加载集成在一台设备中,设计出了第一台通用试验机。随后,随着美国材料与试验协会(ASTM)的成立,材料测试走上了标准化道路。

    明末清初亚里士多德力学体系之传入及其影响
    商译, 聂馥玲
    2022, 44(3):  740-748.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-441
    摘要 ( 84 )   HTML ( 4 )   PDF (582KB) ( 74 )  
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    在西方,亚里士多德的古典力学体系与牛顿力学体系虽然有一定的继承关系,但是其中的发展变化是天翻地覆式的。本文对第一次西学东渐汉译西书中的亚里士多德力学体系以及明清士人对这些知识、思想的接受进行分析,得出如下结论:(1)亚里士多德力学体系及其中世纪改良成果“冲力学说”在第一次西学东渐中基本已经完整地传入中国;(2)第一次西学东渐传入的亚里士多德力学体系并没有引起中国学者的充分重视,并且在传播时与中国传统知识混杂在一起;(3)第一次西学东渐中传入的亚里士多德力学体系被清末士人再次认识,却与牛顿力学混杂在一起,不分彼此,在清末人们接受牛顿力学中的“力”概念的过程中产生了一定阻碍。

    推导Navier–Stokes方程用的Stokes的三条假设
    黄树新
    2022, 44(3):  749-751.  DOI: 10.6052/1000-0879-21-473
    摘要 ( 66 )   HTML ( 3 )   PDF (439KB) ( 77 )  
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    Navier–Stokes方程是流体力学中的基本方程。英国人George G Stokes在1845年从连续介质力学的观点推导这个方程时用了3个假设。这篇文章提供了一些Augustin L Cauchy在1827年和1828年的两份工作中的信息,表明3个假设所涉及的概念在Cauchy的工作中已有。