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压电纤维复合材料对悬臂结构的作动行为研究

力学学报 2024年第5期56卷 1439-1447页

作者：张博谢华珂丁虎陈立群长安大学理学院西安710064 上海大学力学与工程科学学院上海200444

压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)是由美国NASA研发的综合性能优秀的新型压电材料,掌握MFC的力学行为有利于将其投入结构变形控制、减振降噪和健康监测等领域.目前对MFC宏观力学行为的研究中缺乏对作动力与驱动电压直接关... 详细信息

压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)是由美国NASA研发的综合性能优秀的新型压电材料,掌握MFC的力学行为有利于将其投入结构变形控制、减振降噪和健康监测等领域.目前对MFC宏观力学行为的研究中缺乏对作动力与驱动电压直接关系的研究,现有的以MFC为作动器的应用中所使用力电关系的精度有限,不利于将MFC投入更精密的使用场景.针对此问题,文章采用经典板理论,考虑了MFC与受控结构的相对尺寸,推导了MFC对悬臂结构的作动力方程.为兼顾计算的准确性和便利性,建立了考虑MFC叉指电极真实电场的精细有限元模型开展压电静力仿真,给出将MFC叉指电极的弯曲电场简化为匀强电场的修正系数.搭建MFC-悬臂梁结构的实验装置,对有限元模型和作动力公式加以验证.精细模型与简化模型的仿真结果与实验进行对比,总体误差较小,验证了模型和修正系数的可靠性.理论计算与仿真结果对比,误差在1%以内,表明所得作动力预测公式在较大的宽度比范围内均具有较好精度.建立的MFC作动力模型对MFC应用于悬臂结构的变形控制和振动抑制有一定指导意义.

关键词：压电纤维复合材料作动方程叉指电极压电静力实验

高校思想政治工作班主任育人路径探索——以长安大学工程力学专业2019级为例

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办公室业务 2024年第15期 190-192页

作者：梁振涛王博李可闫永刚刘长青长安大学西安交通大学

文章分析了高校设立思想政治工作班主任的必要性,提出了思政班主任育人工作的实践路径。从两个班级的实践效果来看,思政班主任通过开展理想信念教育、生涯规划与就业指导、社会实践指导、学生困难帮扶、劳动教育指导等,有效提升了学生... 详细信息

文章分析了高校设立思想政治工作班主任的必要性,提出了思政班主任育人工作的实践路径。从两个班级的实践效果来看,思政班主任通过开展理想信念教育、生涯规划与就业指导、社会实践指导、学生困难帮扶、劳动教育指导等,有效提升了学生思想政治教育工作质量,提高了学生的综合素养,促进了学生的健康成才。

关键词：高校思想政治工作班主任育人路径

3D打印连续纤维复合材料工艺、结构优化研究进展

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力学进展 2024年第2期54卷 391-425页

作者：叶红玲董永佳毛鹏琪肖扬解佳琳北京工业大学力学系北京100124

连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐.3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程,使复杂结构的自由成型成为可能,为先进结构材料提供了巨... 详细信息

连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐.3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程,使复杂结构的自由成型成为可能,为先进结构材料提供了巨大的设计空间.为充分发挥先进材料性能优势和3D打印成型灵活性,研究人员分别从材料性能和结构设计出发,探索与3D打印连续纤维复合材料相适应的设计制造一体化解决方案,实现产品创新设计和性能提升.本文系统性地回顾了面向连续纤维复合材料性能分析、工艺改进和结构优化的研究工作,结合研究实践对连续纤维复合材料的结构多尺度优化方法进行总结分析,并对未来先进材料结构设计实时化、功能化、智能化的发展趋势进行探讨和展望.

关键词：连续纤维复合材料 3D打印力学性能工艺优化多尺度优化

微孔间距和孔径对PEMFC气体扩散层表面液滴流动传输特性的影响

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汽车工程 2024年第6期46卷 1025-1033页

作者：余宾宴马建陈轶嵩耿莉敏王茜长安大学汽车学院西安710018 长安大学能电学院西安710018

质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是最具潜力的新能源汽车动力装置之一,其性能受到气体扩散层(GDL)表面液滴的形成及动态传输特性的影响。本文以格子Boltzmann方法(LBM)的伪势模型为基础,对液滴从GDL表面浮现、生长和脱落等动态过程进... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是最具潜力的新能源汽车动力装置之一,其性能受到气体扩散层(GDL)表面液滴的形成及动态传输特性的影响。本文以格子Boltzmann方法(LBM)的伪势模型为基础,对液滴从GDL表面浮现、生长和脱落等动态过程进行了仿真模拟,详细分析了微孔间距和孔径对气体扩散层表面液滴动态特性以及流道内压降的影响。研究结果表明在双进水孔的情况下,两个微孔小于某一个微孔间距时,两个液滴会发生融合,融合后的液滴会增大气流通道内的压降,缩短液滴排出的时间,当两个微孔孔距足够大时,两个液滴之间几乎没有相互影响,液滴排除时间相等,且流道内压降随着微孔间距的增加而降低。不同孔径的液滴在GDL表面的运动主要受气体作用剪切力的影响,与下游孔径大于上游孔径液滴的运动周期相比,上游孔径比下游孔径大时,液滴的运动周期更短。

关键词：质子交换膜燃料电池气体扩散层格子Boltzmann方法伪势模型

3D打印GFRP层内失效力学行为的理论模型及细观机制

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2713-2731页

作者：赵煜胡海洋药天运于翔周勇军景媛长安大学公路学院西安710064 长安大学建筑工程学院西安710061

为实现3D打印纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)桥梁工程构件力学性能的精确分析,推进3D打印FRP技术在桥梁工程中的应用,本文分别从理论及试验角度对3D打印FRP的关键力学性能进行了探索。首先,结合打印FRP的细观结... 详细信息

为实现3D打印纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)桥梁工程构件力学性能的精确分析,推进3D打印FRP技术在桥梁工程中的应用,本文分别从理论及试验角度对3D打印FRP的关键力学性能进行了探索。首先,结合打印FRP的细观结构空间几何特征,提出了打印丝连续假设。进而,基于该假设及面内应力转轴模型,构建了层内应力下3D打印FRP的杨氏模量分析预测模型。同时,考虑材料的多种失效模式,基于Tsai-Wu理论建立了层内应力下该材料的抗拉强度分析预测模型,且该模型考虑了4种不同的剪切强度计算模式。其次,考虑材料的打印角度、线宽及层厚,设计了系统性的杨氏模量及抗拉强度测试分析试验,对上述两类理论模型的精确性进行了验证。研究结果表明:打印角度与杨氏模量及抗拉强度之间呈明显的负相关关系,当打印角度从0°增加至90°时,杨氏模量的减小幅度范围为65.48%~79.62%,抗拉强度的减小幅度范围为50.99%~71.55%。打印线宽对杨氏模量及抗拉强度的影响较明显,0.6mm及0.8mm线宽下材料的两类关键力学性能相近,且均明显强于0.4mm线宽下的力学性能,其中杨氏模量的变化幅度范围为20.18%~49.27%,抗拉强度的变化幅度范围为27.53%~54.55%。宏观尺度失效结果表明,存在两类失效模式,分别为打印丝断裂失效及打印丝分离失效。同时,本文从细观尺度揭示了两类失效模式产生的机制及打印参数对关键力学性能的影响机制。综上,本次构建的两类模型为量化评价3D打印FRP桥梁工程构件的关键力学性能提供了理论支撑。

关键词：桥梁工程 3D打印纤维增强树脂基复合材料细观结构失效模式打印参数

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基于运力共享的高铁快运货物搭载决策研究

系统工程理论与实践 2024年第6期44卷 2046-2058页

作者：杨京帅杨玉娥李嫚嫚张昊煜丁楠长安大学汽车学院西安710064

本文旨在为运力共享情境下的高铁快运提供货物搭载解决方案,实现高铁运力资源的充分利用.引入“路径”以刻画快运需求与快运服务车次的复杂关系,考虑车次载重、快运服务产品时限要求、站点工作能力等约束,构建运力共享模式下的高铁快运... 详细信息

本文旨在为运力共享情境下的高铁快运提供货物搭载解决方案,实现高铁运力资源的充分利用.引入“路径”以刻画快运需求与快运服务车次的复杂关系,考虑车次载重、快运服务产品时限要求、站点工作能力等约束,构建运力共享模式下的高铁快运货物搭载决策模型.为求解大规模案例,以遗传算法为框架,基于快运服务产品、需求起讫点和车次优先级对搭载方案的影响,设计多装载规则遗传算法.以西成高铁为案例,利用Gurobi求解器证实模型正确.通过对比不同算法的求解表现,发现设计的3条装载规则合理,多装载规则遗传算法性能优越.敏感度分析结果表明,适当增加站点工作能力能够提高总利润;快运需求规模较小时,基于运力共享的快运组织模式比货运专列模式的适用性好.

关键词：高铁快运运输组织模式货物搭载遗传算法

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《力学史拾贝》前言

力学与实践 2024年第1期46卷 236-239页

作者：王振东天津大学力学系

特邀编委天津大学王振东教授将多年来在本刊力学纵横拦目发表的文章,集为《力学史拾贝》电子书,已收入中国力学学会期刊网,现将《力学史拾贝》的前言和目录在此发布,以飨读者。

关键词：中国力学学会电子书力学史特邀编委王振东期刊网天津大学前言

陇东黄土路堤温/湿度场演化特征及不均匀沉降分析

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应用基础与工程科学学报 2024年第5期32卷 1333-1348页

作者：李哲赵金朋刘路路刘晓燕长安大学公路学院中国矿业大学力学与土木工程学院

陇东属典型黄土区，修建在当地的建筑物易受黄土湿陷性影响.以银昆高速固原市寨科乡K171+398.23-K171+370.23填方科研段为例，研究了道路在施工期及工后期受大气循环影响地基、路基温/湿度场变化及沉降变形特性.研究结果表明，高温阶段... 详细信息

陇东属典型黄土区，修建在当地的建筑物易受黄土湿陷性影响.以银昆高速固原市寨科乡K171+398.23-K171+370.23填方科研段为例，研究了道路在施工期及工后期受大气循环影响地基、路基温/湿度场变化及沉降变形特性.研究结果表明，高温阶段和冷冻阶段，路基内部温/湿度变化随深度呈线性分布，地基温/湿度变化较小，顶层温/湿度变化明显高于底层，温度监测最小值接近2℃,冻结深度小于1.5m.沉降变形主要发生在施工期，受机械扰动影响严重，最大值为24mm(施工期)、最小值为0.88mm(工后期),深部土层沉降明显高于上部土层，差异沉降明显体现在路基和地基交界面以及地基深度在1m处.

关键词：黄土地基路基温/湿度场冻结深度沉降变形

典型事故形态下驾驶人工作记忆与应激反应研究

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交通运输系统工程与信息 2024年第2期24卷 179-187页

作者：穆雨薇袁伟张会明郝帅洁长安大学汽车学院西安710064

为探究事故发生时的不同形态和工作记忆与驾驶人应激反应能力及视觉行为的关系,本文对31名驾驶人分别开展城市道路中侧面碰撞、追尾碰撞和刮撞行人这3种典型事故形态下的驾驶模拟器实验。根据摄像机和眼动仪的输出视频,采用动态聚类将... 详细信息

为探究事故发生时的不同形态和工作记忆与驾驶人应激反应能力及视觉行为的关系,本文对31名驾驶人分别开展城市道路中侧面碰撞、追尾碰撞和刮撞行人这3种典型事故形态下的驾驶模拟器实验。根据摄像机和眼动仪的输出视频,采用动态聚类将驾驶人的注视区域划分成7类,同时,基于单因素方差分析,Mann-Whitney U检验和Kruskal-Wallis检验,分析事故形态的类型、不同工作记忆容量的人群避险时的应激反应能力和视觉行为的影响。结果表明:事故形态和驾驶人的应激反应能力显著相关,在前车紧急制动事件中驾驶人的反应时间最短,较侧面碰撞减少了25.46%;在面对危险时的反应时间受到驾驶人工作记忆容量的影响,即相比于低工作记忆容量,高工作记忆容量的驾驶人反应时间短;此外,注视总持续时间、平均扫视时间和瞳孔直径均与工作记忆容量相关。研究结果可为车辆安全针对性预警提供理论支持。

关键词：交通工程应激反应能力统计分析驾驶行为工作记忆容量