材料力学、结构力学、车辆工程

成果描述：电测应力分析实验是材料力学教学中不可缺少的多项目组合性实验，主要包括：压杆稳定实验、等强度梁实试验、悬臂梁实验、弯扭组合受力分析、偏心拉伸实验等，独立分散的实验设备不仅投入大、挤占实验室空间，而且没有必要。目前使用的手摇加载式实验台，学生实验过程中经常出现加载不均、过加载等问题，造成实验数据输出跳变、压力传感器过载损坏、试件超载。针对上述问题，多功能步进电机自动加载试验台在完成材料力学实验项目的基础上，还可满足实验力学中电阻应变片灵敏系数的标定，材料弹性模量E，泊松比μ的测定，电阻应变片横向效应系数测定实验项目。在程序端开放加载模式控制接口，培养学生对电测实验的总体把握能力、学习数据采集与同步加载的编程能力，为创新性开放实验提供基础实验条件。市场前景分析：设备适用于高校材料力学电测实验。材料力学是工科院校中重要的基础课程。材料力学实验教学是基础力学教学的重要组成部分。普通高校每年实验学生人数都在千人以上，按2-3人分组，一般配备台数均在几十台。与同类成果相比的优势分析：（1）加载速度0.01mm~5mm/min （2）最大加载力 8000N （3）最大行程 100mm （4）测试精度 0.5% （5）模数转换 16bit 最大采样速率 5KSPS （6）数据采集及显示软件 国内先进。

本成果来自有重大应用前景的横向项目，所研发的测试装置测试的对象是细小纤维，有三个特色和三个创新：特色一：装置能试直径在0.05mm~0.5mm范围的细小纤维；特色二：应力，应变测试分辨率高；特色三：相对于MST十几万多着几十上百万的价格，自主研发的装置的成本不到8000元

研究领域(1)CAD/CAM及RPM相关技术：包括功能性梯度材料/生物医学材料计算机辅助设计以及快速原型和制造（RPM）相关技术及应用；(2)面向功能构件数字化制造的设计，网络制造技术，功能构件的拓扑优化设计理论与方法；(3)功能构件的多尺度建模、仿真分析与优化；(4)高速精密加工工艺及装备的动态精度设计：包括高速精密加工工艺系统动力学建模与仿真等。科研成果及简介科研成果：(1)国家自然科学基金项目（59505005），“数控加工自适应刀具轨迹规划及动力学行为的研究”．1996年1月～1998年12月。完成人：张大卫、黄田、倪雁冰、周立华、冯志勇、徐安平、阎兵。1998年12月结题，国际先进。(2)河北省科技攻关计划项目，“基于网络的新产品快速开发系统”． 完成人：檀润华、徐安平、段国林、梁艳红、张瑞红、刘力松、孙立新、苑彩云、曲云霞。2001年6月鉴定，国际先进。2002年获河北省科技进步三等奖。(3)河北省自然科学基金项目，基于汽车减振器新型数学模型的汽车乘座动力学系统参数设计．完成人：檀润华、吕维瑛、张瑞红、苑彩云、段国林、徐安平。2001年6月鉴定，国际先进。(4)河北省博士基金项目，汽车非线性乘座动力学专用仿真软件开发．完成人：檀润华、陈鹰、吕维瑛、张瑞红、苑彩云、段国林、徐安平。2001年6月鉴定，国际先进。(5)天津市自然科学基金项目，汽车非线性乘座动力学关键技术研究．完成人：檀润华、陈鹰、吕维瑛、张瑞红、苑彩云、段国林、徐安平。2001年6月鉴定，国际先进。(6)河北省自然基金项目（500050，5万），三维布局问题建模及其求解方法的研究．完成人：段国林、张健楠、蔡瑾、王彩红、何树田、徐安平、张满囤。2003年3月通过河北省科技厅鉴定，国际先进。(7)河北省教育厅计划项目（2000209，2万），二维不规则形状自动布局系统的研究开发．完成人：段国林、王彩红、徐安平、张健楠、张满囤、孟宪春。2003年3月通过河北省教育厅鉴定，国际先进）(8)国家教育部高等学校骨干教师资助项目，快速原型件网上订货系统研究．完成人：檀润华、梁艳红、段国林、苑彩云、张瑞红、徐安平、孙立新、刘力松、王永山。2000年1月——2001年12月。已结题。(9)天津市科委计划项目，“基于MDT环境的内嵌式RP数据处理软件的研制”．课题组成员：徐安平、檀润华、刘玉山、曲云霞、刘力松、陈青果、金艳丽。2001.1 ~ 2003.12.（1.5万），2003年6月18日天津市科委组织专家组对项目进行了总体验收。(10)天津市科委计划项目，“RP技术在新产品开发过程中的应用”．课题组成员：段国林、徐安平、刘力松。2001.1 ~ 2003.12.（5万），2003年6月18日天津市科委组织专家组对项目进行了总体验收。(11)河北省自然科学基金项目（500046），“数控环境下动态铣削过程物理仿真系统的研究与开发”．课题组成员：徐安平、曲云霞、阎兵、段国林、孙明达、李为民、刘玉山、金艳丽、陈青果。2000.3 ~ 2003.3. （3.5万），2003年7月20日河北省科技厅组织专家对项目进行了技术鉴定，国际先进水平。(12)河北省教育厅博士基金项目，“数控环境下动态铣削过程仿真系统的研究与开发”．课题组成员：徐安平、曲云霞、阎兵、段国林、孙明达、李为民、刘玉山、金艳丽、陈青果。2000.1 ~ 2003.3.（3.5万），2003年7月20日河北省科技厅组织专家对项目进行了技术鉴定，国际先进水平。(13)国家自然科学基金项目（50175025），“进化过程驱动的产品概念设计模型研究”．课题组成员：檀润华、段国林、徐安平、马建红、张瑞红、苑彩云、王永山、姜屏。2001~2003,（7万），2003年3月结题。(14)天津市自然科学基金项目（023603411），“组合夹具CAD中关键技术的研究”．课题组成员：段国林、丁银周、蔡瑾、徐安平、张满囤、李向东、李战委。2002.6 ~ 2004.6（6万），2005年7月3日天津市科委组织专家对项目进行了验收，国际先进。(15)河北省自然科学基金项目（502047），“组合夹具计算机辅助构形设计中基于案例的推理方法的研究”．课题组成员：段国林、丁银周、蔡瑾、徐安平、张满囤、李向东、李战委。2002.1 ~ 2005.1.（6万），2005年7月16日河北省科技厅组织专家对项目进行了技术鉴定，国际先进。(16)天津市自然科学基金项目（023605411），“MDT环境下RP数据处理及设备驱动程序的研究与开发”．课题组成员：徐安平、曲云霞、刘玉山、陈青果、侯红叶。2002.6 ~ 2005.6（6万），2005年8月6日天津市科委组织专家对项目进行了验收，国际先进。(17)河北省优秀专家留学基金项目，“选择性金属粉末直接烧结快速成形工艺关键技术及设备研究”．项目负责人：徐安平。2002.1 ~ 2004.12（8万），已完成。(18)河北工业大学“十五211”工程项目，“功能梯度实体快速制作机”．项目负责人：徐安平。2005.1 ~ 2005.12（20万），已通过验收。(19)河北省教育厅计划项目, “基于RP的新产品快速开发系统”．课题组成员：段国林、徐安平、李翠玉、刘玉山、陈青果、侯红叶。2001~2003（20万），已完成。(20)国家863计划项目（2002AA415300），“自主版权三维CAD和ERP软件在离散型中小企业的应用研究”．课题组成员：檀润华、李向东，徐安平等。（50万），2005年11月通过科技部验收。(21)美国国家科学基金（NSF）项目（DMI-0218169），“Dental Restorations via Multi-Material Solid Freeform Fabrication”．课题组成员：Leon L. Shaw, Anping Xu, Jiwen Wang, Xiaoxue Li et al.(22)美国国家科学基金（NSF）项目（CBET-0930365），“Functionally Graded Orthopedic Implants via the Slurry Mixing and Dispensing Process．课题组成员：Leon L. Shaw, Anping Xu, et al.(23)天津市自然科学基金资助项目（043603111），“多坐标高速铣削集成仿真系统研究”．完成人：阎兵，徐安平等。（6万），2007年11月通过天津市科委验收。(24)河北省自然科学基金资助项目（E2004000052），“CAD模型直接驱动的桌面立体打印设备驱动原理及实现方法研究”．完成人：徐安平，牛亚松，付建华，曲云霞等。（7万），2008年1月31日通过河北省科技厅组织的专家鉴定，国际先进水平。(25)河北省自然科学基金资助项目（E2006000039），“场信息驱动的复杂功能梯度实体建模理论及数字化制造关键技术研究”．完成人：徐安平，朱东彬，曲云霞等。（5万），2010年5月结题。获奖与专利 专利：(1)徐安平，朱东彬，曲云霞，郭艳华．一种非均质功能构件的制造方法与装置[P]．国家发明专利，专利号：ZL 2008 1 0053855.5，授权公告号：CN 101328067 B， 2010年10月27日（申请日：2008年7月16日）(2)徐安平，朱东彬，曲云霞，郭艳华．打印头与激光头构成的组合头[P]．国家实用新型专利，专利号：ZL 200820075355.7，授权公告号：CN 201211731Y，2009年3月25日（申请日：2008年7月16日）．(3)徐安平，汪建明，朱东彬，曲云霞．一种组织工程用三维多孔支架的制备方法及设备．国家发明专利，申请号：201010210618.2，申请日：2010年6月28日．(4)徐安平，朱东彬，郭彬，曲云霞．一种三维条形码标签及其制作方法．国家发明专利，申请号：201010250088.4，申请日：2010年8月11日．(5)徐安平，蔡晓刚，朱东彬，刘志华．一种非均质实体的制造方法及设备．国家发明专利，申请号：201110269706.4，申请日：2011年9月13日．(6)徐安平，蔡晓刚，朱东彬，刘志华．一种非均质实体的制造设备．国家实用新型专利，申请号：201120341665.0，申请日：2011年9月13日．软件著作权：(1)现代集成快速原型系统(CIRPS V1.0)（软件著作权登记，登记号：2005SR07148）．著作权人：徐安平、刘玉山、陈青果、侯红叶、高艳平、曲云霞．中华人民共和国国家版权局，2005年7月。(2)现代集成快速原型系统(CIRPS V2.0)（软件著作权登记，登记号：2007SR06739）．著作权人：徐安平、牛亚松、刘玉山、陈青果、侯红叶、宋丽、曲云霞．中华人民共和国国家版权局，2007年5月。(3)非均质实体造型系统（HO-CAD V1.0）（软件著作权登记，登记号：2008SR04932）．著作权人：徐安平、纪振鹏、曲云霞、赵竞雄、刘志华．中华人民共和国国家版权局，2008年3月。(4)铣削过程物理仿真系统（MPSS V1.0）（软件著作权登记，登记号：2008SR07563）．著作权人：徐安平、曲云霞、孙明达．中华人民共和国国家版权局，2008年4月。(5)STL模型缺陷检测与修复系统（STL Master V1.0）（软件著作权登记，登记号：2010SR041794）．著作权人：徐安平、张蕊、曲云霞、朱东彬．中华人民共和国国家版权局，2010年8月16日。(6)铣削过程物理仿真系统（MPSS V2.0）（软件著作权登记，登记号：2010SR061831）．著作权人：徐安平、张大卫、张学中、靳红伟、韩喜峰、常宁、曲云霞．中华人民共和国国家版权局，2010年11月18日。(7)基于Web的博硕士学位论文管理系统（DMMIS V1.0）（软件著作权登记，登记号：2011SR036294）．著作权人：张满囤、徐安平、韩冬冬、张金镯、王智琦、王丽、边彬彬．中华人民共和国国家版权局，2011年6月10日。(8)基于Web的图书馆学科联络馆员信息服务管理系统（IDISMIS V1.0）（软件著作权登记，登记号：2011SR042556）．著作权人：徐安平、王智琦．中华人民共和国国家版权局，2011年7月2日。可转让项目(1)一种非均质功能构件的制造方法与装置[P]．国家发明专利，专利号：ZL 2008 1 0053855.5，授权公告号：CN 101328067 B， 2010年10月27日（申请日：2008年7月16日）(2)打印头与激光头构成的组合头[P]．国家实用新型专利，专利号：ZL 200820075355.7，授权公告号：CN 201211731Y，2009年3月25日（申请日：2008年7月16日）．(3)一种组织工程用三维多孔支架的制备方法及设备．国家发明专利，申请号：201010210618.2，申请日：2010年6月28日．(4)一种三维条形码标签及其制作方法．国家发明专利，申请号：201010250088.4，申请日：2010年8月11日．(5)一种非均质实体的制造方法及设备．国家发明专利，申请号：201110269706.4，申请日：2011年9月13日．(6)一种非均质实体的制造设备．国家实用新型专利，申请号：201120341665.0，申请日：2011年9月13日．(7)现代集成快速原型系统(CIRPS V1.0)（软件著作权登记，登记号：2005SR07148）．中华人民共和国国家版权局，2005年7月。(8)现代集成快速原型系统(CIRPS V2.0)（软件著作权登记，登记号：2007SR06739）．中华人民共和国国家版权局，2007年5月。(9)非均质实体造型系统（HO-CAD V1.0）（软件著作权登记，登记号：2008SR04932）．中华人民共和国国家版权局，2008年3月。(10)铣削过程物理仿真系统（MPSS V1.0）（软件著作权登记，登记号：2008SR07563）．中华人民共和国国家版权局，2008年4月。(11)STL模型缺陷检测与修复系统（STL Master V1.0）（软件著作权登记，登记号：2010SR041794）．中华人民共和国国家版权局，2010年8月16日。(12)铣削过程物理仿真系统（MPSS V2.0）（软件著作权登记，登记号：2010SR061831）．中华人民共和国国家版权局，2010年11月18日。(13)基于Web的博硕士学位论文管理系统（DMMIS V1.0）（软件著作权登记，登记号：2011SR036294）．中华人民共和国国家版权局，2011年6月10日。(14)基于Web的图书馆学科联络馆员信息服务管理系统（IDISMIS V1.0）（软件著作权登记，登记号：2011SR042556）．中华人民共和国国家版权局，2011年7月2日。可承担（合作开发）科研项目与技术合作(1)CAD/CAM软件开发，RPM相关技术开发：包括功能性梯度材料/生物医学材料计算机辅助设计以及快速原型和制造（RPM）相关技术及应用；(2)功能材料或构件的数字化设计与制造技术开发，网络制造技术开发；(3)功能构件的多尺度建模、仿真分析与优化技术；(4)高速精密加工工艺及装备的动态精度设计。

适用专业：机械工程、力学、材料与土木等专业。 材料力学课程是机械、材料、土木等专业的一门主干专业基础课，其理论性和实践性都很强，它的实验教学是材料力学课程教学中的一个重要实践环节。目前，现实中的材料力学实验存在以下局限性： 1.硬件依存性较强，只能在特定实验室进行； 2.实验设备外形较大，实验室难以摆放足够数量的设备，无法满足学生独立进行实验的需求； 3.实验设备昂贵，操作不当极易造成设备损坏； 4.实验器材损耗大，如试样拉伸断裂后无法再使用，浪费现象严重； 随着招生规模的逐年扩大，教学改革的不断深入，材料力学实验的教学任务越来越重，仪器设备台套数和实验教师数量相对不足等问题愈加突出。为了以最少的经费投入解决以上问题，并进一步激发学生的学习兴趣、增强实验效果、提高实验教学质量，特定制开发开放式网上材料力学虚拟实验室软件。 使用现有器材模型，课程可开展如下10个常用材料力学虚拟实验的训练： •     拉伸虚拟实验 •     压缩虚拟实验 •     扭转虚拟实验 •     弯曲与扭转组合变形虚拟实验 •     冲击演示虚拟实验 •     梁弯曲正应力虚拟实验 •     弹性模量虚拟实验 • ​​​​​​​    压杆稳定虚拟实验 • ​​​​​​​    弹性模量和泊松比测定实验 • ​​​​​​​    ​​​​​​​金属材料的疲劳虚拟实验 系统服务器端用户分为学生、教师、教务管理员和系统管理员四种角色，不同角色拥有不同权限。 • ​​​​​​​    学生：选课、选择实验、开展实验、接受实验指导、在线提交实验报告、保存和提交实验结果、查询实验成绩和批语。 • ​​​​​​​    教师：典型实验库维护、发布实验、安排实验、批改实验报告、系统指导、统计并发布学生的实验成绩和批语。  • ​​​​​​​    教务管理员：课程计划、开课计划、选课日期设置、开课审核、开课查询。  •     系统管理员：用户管理、分组管理、角色管理、权限管理、系统维护等。 性能指标 支持同时在线用户数1万人以上，经测试，系统运行稳定，不限终端用户数，完全能满足日常教学使用。 服务器运行环境 操作系统：Windows Server ，Linux/Unix Server Web服务器：Tomcat6.0，JDK6.0 数据库：MySQL 客户端运行环境 操作系统： All Windows系列

成功研制出国内首台超快扫描隧道显微镜，实现飞秒级时间分辨和原子级空间分辨，并捕捉到金属氧化物表面单个极化子的非平衡动力学行为。扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）由于其隧穿电流具有高度的局域性，空间分辨率可以达到原子量级。然而受电流放大器带宽的局限，其时间分辨一般只能达到微秒量级（10-6 s），而很多微观动力学过程往往发生在皮秒（10-12 s）和飞秒（10-15 s）量级。为了提高STM的时间分辨率，其中一种比较可行的办法是将超快激光的泵浦-探测（pump-probe）技术和STM相结合，利用超快光与电子隧穿过程的耦合来实现“飞秒-埃”尺度的极限探测。尽管超快激光技术和STM相耦合的概念在上世纪90年代就被提出，但是相关研究进展非常缓慢，主要受限于一系列技术难点，例如：激光的热效应对STM隧道电流的干扰、激光诱导电流的低信噪比、超快激光脉冲在STM中的展宽、激光与隧穿电子间的耦合机制等。

编织结构陶瓷基复合材料由于其耐高温、抗氧化的特点，是高推重比航空发动机高温部件最有应用前景的候选材料。在此背景下，研究开发了编织结构陶瓷基复合材料力学性能预测和结构强度分析技术。 项目通过稳态热固耦合平衡方程推导建立了热固耦合双尺度渐进均匀化分析方法，得到宏细观物理量间的对应关系偏微分方程。利用变分原理推导得到宏细观物理量对应关系方程的有限单元形式，完成热固耦合双尺度渐进均匀化分析程序的开发；针对编织结构复合材料的多尺度结构特点，完成了复合材料的细观、微观多尺度RVE建模方法研究。最后，通过引入材料分布模型描述复合材料构件局部材料坐标，建立了复合材料构件宏细微观多尺度热固耦合分析体系。 此项技术通过多尺度RVE建模、热固耦合双尺度均匀化分析能够较为准确的预测陶瓷基复合材料及其构件的热力学性能，得到相关材料参数，为材料的应用提供分析方法。应用此项技术，复合材料热力学性能预测值与材料单位提供的实验值相吻合，预测的宏观弹性模量与拉伸实验测量值最大相对误差12%以内。同时开展陶瓷基复合材料发动机典型结构实验研究，应变预测值与实验测量值最大相对误差7%以内。

在低频率下，细胞的储能模量和耗能模量均表现出对频率的弱幂律依赖性；在高频下，储能模量近似为常数，而耗能模量与频率成线性关系。此外，自相似多级结构模型的转折频率可以描述不同细胞状态或类型的粘弹性力学响应差异，还可以定量地表征恶性肿瘤细胞与健康细胞的差异。

近十年来，材料科学与工程学院在微波功能材料、有机-无机功能复合材料、高分子材料和金属腐蚀与防护等研究领域，承担了国防重大基础研究（973）项目、重点预研基金和预研项目、民口配套项目等46项，获总经费5000多万元。主要涉及如武器装备专用特种涂料、特种胶粘剂及其制品、特种电子陶瓷材料及器件、特种玻璃及制品、专用电子化工材料及其制品、专用高分子树脂材料及其制品等国防新材料研发，并取得了国防科工委武器装备科研生产许可证。研究成果在航空航天、兵器、舰船等国防领域和电子等民用领域得到应用广泛。通过参与国防**项目研究，学院先后与我省14所、55所、772厂、贵州省4326厂、湖北省航宇救生装备有限公司等数十家单位建立了良好的科研、产品协作关系，在培育了高水平的学术团队、提高了学术水平的基础上，与企业建立了产学研研究基地，使研究成果在国防建设和军品民用等方面得到了推广应用，为提高江苏科技强省地位做出了积极的贡献。

主要涉及如武器装备专用特种涂料、特种胶粘剂及其制品、特种电子陶瓷材料及器件、特种玻璃及制品、专用电子化工材料及其制品、专用高分子树脂材料及其制品等国防新材料研发，并取得了国防科工局武器装备科研生产许可证。研究成果在航空航天、兵器、舰船等国防领域和电子等民用领域得到应用广泛。