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ISBN: (纸本)9787040593778

关键词： 梯度纳米结构   摩擦磨损   电沉积   镍   镍钴合金   理论力学  

摘要： 梯度纳米结构材料展现了优良的强塑性兼顾、耐疲劳、耐腐蚀及耐磨损等性能,引起了学者们的广泛关注和研究。目前,对梯度纳米结构对耐磨性能的研究仍处于起步阶段,研究者们初步判读梯度纳米结构材料的高耐磨性能(相较传统纳米晶和粗晶材料)源于表面细晶的高硬度,以及内部相对粗大晶粒的韧性的共同作用,但到目前为止,梯度纳米结构的组织结构特征与耐磨性能间的关系,以及梯度纳米结构提高材料耐磨性能的作用机制仍未清楚。基于这一问题,本文以利用电沉积技术制备了晶粒尺寸梯度纳米纯镍镀层和合金元素含量梯度纳米镍钴镀层,测试了其摩擦磨损行为,并通过理论力学计算研究了梯度纳米镀层的耐磨机制,主要研究结果如下: (1)研究了晶粒尺寸梯度对镀层耐磨性能的影响。通过调控电流密度制备具有不同晶粒尺寸梯度的纳米镍镀层,研究发现具有晶粒尺寸梯度结构的纳米镀层耐磨性能均优于不具备梯度结构的传统纳米镀层。拥有不同晶粒尺寸梯度的纳米镀层的耐磨性能优劣排序为:凹型曲线梯度、直线型梯度、凹凸型曲线梯度。梯度纳米镀层和纳米镀层的主要磨损机制均为疲劳磨损,镀层在摩擦中的循环交变载荷在下发生塑性应变积累,导致疲劳裂纹萌生,随着裂纹扩展和相邻裂纹间的,连接,引起材料剥落,导致磨粒磨损,加剧疲劳裂纹的扩展。晶粒尺寸梯度结构可以有效阻碍疲劳裂纹在镀层表面的形成和扩展,进而提高耐磨性能。 (2)研究了合金元素梯度对镀层耐磨性能的影响。通过动态调控镀液中的合金元素离子含量,制备了具有不同合金元素梯度的纳米镍钴镀层。研究发现随着钴元素含量的增加,晶粒逐渐细化,导致合金元素梯度镀层在晶粒尺寸上也呈梯度结构。具有合金元素梯度的纳米镀层耐磨性能均优于不具备梯度结构的传统纳米镀层。具有不同合金元素梯度的镍钴镀层的耐磨性能优劣排序为:凹型曲线梯度、直线型梯度、凸型曲线梯度。元素梯度与晶粒梯度的磨损机制一致,均为疲劳磨损,但由于合金元素的添加,镀层的耐磨性能有所提升,剥落现象有所缓解。合金元素梯度结构同样可以阻碍疲劳裂纹的形成和扩展。 (3)研究了梯度纳米结构镀层的耐磨机制。通过理论力学计算了梯度纳米材料镀层内在摩擦时的应力场分布情况,发现在镀层表面和心部会出现应力峰值,表面应力峰值表现为拉应力,心部应力峰值表现为压应力。梯度纳米结构镀层的表面的细晶区由于强度较高表层并不发生屈服,而心部强度较低,在应力作用下发生了晶粒粗化。这可以让梯度纳米镀层的高强度表面抵抗磨损和变形,降低塑性应变积累,从而减少疲劳裂纹的萌生,而强度较低的内部则可以通过发生晶粒粗化协调应力,抵抗裂纹扩展。两者的协调作用使梯度纳米镀层拥有较强的耐磨损性能。心部塑形变形范围越大,耐磨性能越强。因此拥有凹型曲线梯度的镀层在表面硬度接近的情况下显示了最佳的耐磨性能。

关键词： 理论力学   CAX   OBE   教学模式  

摘要： 理论力学是高等院校工科专业的一门重要的基础课程，由于其抽象性和理论性较强，对应用型本科院校的学生有一定难度。针对这种情况，本文借助CAX技术，将课程难点具体化，同时结合OBE理念，探索新型教学模式，辅以多元化线下教辅活动，夯实学生理论学习的基础，进一步拓展学生的复杂工程问题解决能力，形成团队协作能力以及共同解决问题的良好学习氛围，以期为此类课程的建设发展提供参考。

关键词： 理论力学   矢量理论   情景设计  

摘要： 本文旨在针对理论力学课程中矢量概念及其相关运算的教学薄弱之处，提出基于矢量理论的《模块一：针对力矢量概念的分析》《模块二：运动学矢量的分析》《模块三：矢量运算几何法和解析法》三个模块情景式应用设计研究。传统的理论力学课程框架往往侧重于理论推导和公式应用，但学生常常在理解和应用矢量概念方面遇到困难。相对于传统的理论力学课程框架，该设计强调课程开始时设置概念深化情景式应用的教学环节，旨在为学生提供坚实的基础。教学设计采用“课程引导+作业反馈”双向机制，协助学生更好地理解和应用矢量概念及相关运算。这个方法的核心在于将理论力学中的矢量相关概念与运算情景式应用，使学生能够将抽象的数学理论与实际问题相结合。这种方式旨在培养学生的思维系统性、启发性，从而提高理论力学课程教学效率和效果。

关键词： 理论力学   平面运动学   复变函数平面   欧拉公式  

摘要： 针对平面运动学相关问题,采用复函数平面代替传统的Oxy坐标系的实数平面并引入以复指数形式表达的欧拉公式,进行描述和分析,避免了传统的实数平面矢量分析中点积和叉积运算规则所带来的困惑以及繁琐的矢量分析.并引入了瞬时坐标系,其结论与经典理论完全一致.

关键词： 理论力学   教学设计   线上线下教学   教学改革  

摘要： 在新工科、一流本科人才培养等多方面的要求下,提出一种可实现的多教学目标相融合的教学模式,包括柔性融入课程思政、立德树人的教学理念,同时结合水利专业特征,在教学过程中与水利工程实例紧密结合,梳理优化教学内容,实现了线上与线下相结合的混合式教学。全新的教学模式能够激发学生学习的积极性,提高教学质量,还可以丰富教学效果,培养具有扎实力学功底的新工科人才。

关键词： 双螺旋模式   互动反馈   线上教学   混合教学  

摘要： 考虑教学活动中两个基本要素“教”与“学”,文章以教学活动进程和教学互动反馈两个维度为着眼点,构建教学活动中的师生共同体,提出动态双螺旋教学模式。该模式通过明确教学目标及优化教学设计强调教学进程上的螺旋式上升,并基于多样化的信息化教学手段及多元化的师生互动反馈方式,激发师生教与学之间的双向互动,以期实现教与学的双向推进,全面提升教学质量。

关键词： 旋量理论   理论力学   数学工具  

摘要： 旋量理论是为力学量身定制的数学工具,因其力学描述统一性,数学描述一般性和计算“求解过程”程式化,在对“多刚体”动力学问题“建模、分析和求解”时具有独特的优势:一方面借助螺旋量将刚体的平移和转动描述进行统一;另一方面从数学上进行严谨论述的同时引出对应的物理概念,使得数学性质和物理意义能得到相互映照。本文简要阐述了旋量理论目前在国内外力学教学中的研究现状;介绍了旋量的数学定义及其满足的数学运算性质;梳理了理论力学中的四种基本螺旋量,并给出了矢量静力学和动力学“基本定理”的旋量描述。希望通过本文的研究能为我国理论力学教学提供启示。