强度和韧性的“倒置关系”是材料研究领域长期存在的难题。大量的实验表明，随着金属材料内部晶粒尺寸的降低，在强度获得提升的同时，韧性将大打折扣。目前，广泛采用的高强材料韧化策略有：（1）改变组分，通过引入和调整材料的多种主要元素，同时激活多种塑性变形机制，高熵合金材料就是采用这种思路；（2）改变微结构，在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构，避免由于特征长度突变带来的性能突变，有效克服金属材料强度和韧性的失配问题，这种材料被称为梯度纳米结构材料。 图1 梯度结构金属材料的类型（摘自：李毅，梯度结构金属材料研究进展，中国材料进展，2016, 35: 658-665）人工制备的梯度纳米金属结构主要包括以下几种：梯度晶粒，梯度位错，梯度孪晶，梯度固溶物，梯度相，以及包含两种以上的梯度混合结构。在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构，可以进一步提高其强韧性匹配能力。例如，通过表面研磨处理（SMAT）在孪晶诱发塑性（TWIP）钢表面引入大量的塑性变形，使其表面晶粒细化，随着深度的增加，晶粒细化的程度逐渐降低，同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生，因此在TWIP钢内部形成了包含梯度晶粒，梯度位错和梯度孪晶的梯度混合结构。这种梯度纳米结构TWIP钢的强度可以提升50%，断裂应变仅从60%下降到52%，具有更高的强韧性匹配能力。目前，关于梯度纳米结构TWIP钢的研究集中于实验，反映物理机制的本构模型研究还鲜见报道。西南交通大学力学与工程学院张旭教授与德国马普钢铁所、中国钢铁研究总院等机构开展合作，指导博士生陆晓翀发展出考虑位错滑移和变形孪晶等物理机制的微结构尺寸相关晶体塑性本构模型。依托DAMASK平台将该模型移植有限元，并对梯度纳米结构TWIP钢的单轴拉伸变形行为展开模拟，揭示了其微结构演化与宏观性能之间的关系，量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。相关研究工作已在金属材料与固体力学交叉领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》上在线发表，论文题目为Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 论文链接： https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP钢的单拉实验数据验证该模型的合理性，结果表明该模型对不同尺寸下的应力应变响应和应变强化行为都可以较好地描述，特别是细晶TWIP钢硬化率曲线中的up-turn效应。通过对内变量演化的分析及对比性模拟，作者发现这种up-turn效应源自于细晶中显著的背应力。 图2 对比不同晶粒尺寸TWIP钢的单拉实验和模拟结果由于梯度纳米结构TWIP钢的微结构十分复杂，晶粒数目众多，通过采用三维均匀化方法，建立了宏观试样尺寸的有限元模型。通过对每层单元赋予不同的晶粒尺寸，初始位错密度和孪晶体积分数，离散地描述材料内部微结构的梯度分布，并通过梯度网格划分方法进一步减少单元数目。对于材料表层微结构变化剧烈的区域，采用密度较高的网格，以保证更加精确地描述微结构的梯度变化。 图3三维均匀化方法示意图作者利用发展的晶体塑性模型，对均匀和梯度纳米结构的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP钢的单拉变形行为进行模拟。结果表明，在合理描述均匀结构TWIP钢应力-应变响应的基础上，通过引入微结构的梯度分布，无需修改任何参数就可以较好地描述梯度纳米结构TWIP钢的单拉力学行为。通过对比变形云图，作者发现均匀和梯度纳米结构TWIP钢的表面都会变的粗糙不平，但梯度纳米结构的表面粗糙度更加明显，产生的应变局域化形成了两个凹陷区，且凹陷区在垂直于平面方向也会发生收缩。随着深度的增加，收缩程度逐渐降低。通过对比性模拟，作者发现表面凹陷区的出现就是梯度纳米结构TWIP钢韧性略微下降的原因。而应变局域化的产生与表面纳米层晶粒的应变强化能力有关，提高表面纳米晶的硬化能力，就可以抑制表面凹陷区的出现和韧性的下降。此外，作者通过分析不同层位错密度的演化，进一步证实了上述观点。作者还通过对比性模拟量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。结果表明：强度的提升源于梯度位错结构，梯度晶粒和梯度孪晶结构有助于保持材料的应变强化能力。 图4 均匀结构和梯度纳米结构TWIP钢的模拟结果对比分析。

本发明提供了一种柔性桁架结构基于刚度影响的重分析方法，首先基于有限元分析获得柔性平面桁架位移频响函数，构造位移频响矩阵，当某一单元的弹性模量发生改变时，确定全局总刚度矩阵变化量，基于矩阵修正公式，根据初始位移频响矩阵快速获得修正后的结构响应，完成频响动态重分析求解。因此，无需进行多次有限元计算，利用初始的频响动态响应信号及明确结构的局部刚度变化，即可完成刚度摄动后结构的动态分析，简化计算效率，更加方便，具有实际工程意义。

本发明公开了一种考虑力载荷的板结构屈曲温度分析方法，计算考虑热效应的结构线性刚度矩阵和热应力刚度矩阵，计算板结构在力载荷作用下的结构位移；建立考虑结构变形的板结构线性刚度矩阵和非线性刚度矩阵，计算给定热载荷作用下的结构热应力刚度矩阵；计算结构屈曲因子，计算得到板结构此时的屈曲温度；计算所得屈曲温度和给定热载荷的误差值，若误差值在容许值范围内，则得到板结构最终的屈曲温度等于所得屈曲温度，否则将所得屈曲温度作为新的给定热载荷，并更新对应温度的结构材料参数，重新计算直至最终获得考虑力载荷的板结构屈曲温度。本发明能够有效提高复杂环境下板结构屈曲温度分析精度。

围绕大型复杂深部矿床安全开采的技术难题，结合建设现代化矿山与大规模回采的关键问题,首创暂留隔离矿柱的大盘区、大采场、大产能三步骤连续回采工艺与安全高效阶段空场嗣后充填采矿方法，形成了深井大型矿床三步骤连续开采理论与技术。 完成了铜陵有色公司冬瓜山铜矿隔离矿柱回采工作，提出了冬瓜山铜矿初步设计、盘区回采方案、隔离矿柱回采方案、隔离矿柱回采关键技术，2015年中南大学冬瓜山项目团队开始现场调研与科学论证，2017年第一个隔离矿柱试验采场成功回采，2018年两隔离矿柱采场连续回采试验获得成功，2019年底完成52线与54线两条隔离矿柱的回采工作。

率先对表面大应力应变剧烈形变方法及其应力场和温度场分布规律进行研究，发明了表面大应力剧烈变形诱导合金化方法，为提高合金化程度和合金化深度提供试验基础，并揭示表面剧烈变形过程中温度场分布规律。在此基础上，建立了强热力耦合作用下梯度微纳组织结构的稳定化机理，并构筑梯度微纳组织结构合金化理论与方法，实现有效提升梯度微纳组织结构的稳定性，并优化表面组织性能，突破了现有梯度微纳组织结构稳定化理论与方法中强韧性不匹配问题。

成果描述：本发明公开了一种桥梁碰撞缓冲抗震构造，设置在桥梁的盖梁和梁体的结合部以强化桥梁抗震能力。盖梁顶面设置有摩擦摆支座，梁体支撑于所述摩擦摆支座上；盖梁两端分别向上延伸各形成一挡块；各挡块靠梁体侧各嵌入两块L型钢板；L型钢板端部具有一定坡角；所述两L型钢板之间的所述挡块表面置有橡胶层；两L型钢板间距橡胶层一定距离处置有一定数量的弧形钢筋，所述梁体的侧面布置有钢预埋件。在强震过程中，本发明能够有效地缓冲地震作用下主梁对挡块的碰撞作用，耗散地震能量，进而限制梁体较大的位移和防止落梁事故的发生。市场前景分析：轨道交通基础设施建设领域。与同类成果相比的优势分析：技术先进，性价比较高。

成果介绍针对桥梁群服役期间的健康管养问题，建立了基于数字孪生模型的桥梁群数据管理系统。通过数字孪生模型实现桥梁群管养由被动养护向预防性养护转变过程。技术创新点及参数依据桥梁的设计信息生成与实际桥梁一致的虚拟孪生模型。市场前景主要基于在役桥梁数量庞大、病害严重、实际管养过程中纸质化、平面化的管养方法，数据管理混乱、维修决策困难。实施条件实时集成、更新多源数据信息，及时反应当前桥梁构件、整体状况；并根据桥面交通荷载流量等荷载信息，通过数字孪生模型预测桥梁性能未来演化趋势

主要基于在役桥梁数量庞大、病害严重、数据管理混乱、维修决策困难等背景，针对桥梁群服役期间的健康管养问题，建立了基于数字孪生模型的桥梁群数据管理系统。项目展示包括移动端人工检测、无人机图像检测、水下检测、索力监测、桥梁动力特性识别及施工监控等多种实际应用场景，并依据桥梁的设计信息生成与实际桥梁一致的虚拟孪生模型。该模型能够实时集成、更新多源数据信息，及时反应当前桥梁构件、整体状况；并根据桥面交通荷载流量等荷载信息，通过数字孪生模型预测桥梁性能未来演化趋势，由此对实际桥梁管养提供预防性养护措施建议；本技术意在解决实际管养过程中纸质化、平面化的管养方法，优化数据管理混乱现状，并通过数字孪生模型实现桥梁群管养由被动养护向预防性养护转变过程。

主要基于在役桥梁数量庞大、病害严重、数据管理混乱、维修决策困难等背景，针对桥梁群服役期间的健康管养问题，建立了基于数字孪生模型的桥梁群数据管理系统。项目展示包括移动端人工检测、无人机图像检测、水下检测、索力监测、桥梁动力特性识别及施工监控等多种实际应用场景，并依据桥梁的设计信息生成与实际桥梁一致的虚拟孪生模型。该模型能够实时集成、更新多源数据信息，及时反应当前桥梁构件、整体状况；并根据桥面交通荷载流量等荷载信息，通过数字孪生模型预测桥梁性能未来演化趋势，由此对实际桥梁管养提供预防性养护措施建议；本技术意在解决实际管养过程中纸质化、平面化的管养方法，优化数据管理混乱现状，并通过数字孪生模型实现桥梁群管养由被动养护向预防性养护转变过程。

武汉铁路桥梁职业学院(Wuhan Railway Bridge Vocational College)是经湖北省人民政府批准、教育部备案的全日制公办普通高等学校，由“中国建桥国家队”——中铁大桥局举办，是全国唯一的桥梁高等职业学院。 学院地处中国建桥之都(武汉)，坐落在武汉经济技术开发区(汉南区)风景秀丽的马影河畔，环境优美、交通便利。学院占地面积282亩，建筑面积9.4万平方米。 学院依托企业办学，突出桥梁特色育人，以交通运输类和土木工程类专业为主干，形成了以全日制职业教育为主、继续教育与职业培训为辅的“一体两翼”办学格局。现设有桥梁工程系、建筑工程系、机电工程系、材料工程系、铁道运输系、思政课部、公共课部等教学系部，开设铁路桥梁与隧道工程技术、道路桥梁工程技术、建筑工程技术、土木工程检测技术、铁道交通运营管理、建设工程管理、工程造价、新能源汽车技术、机电设备维修与管理、城市轨道交通工程技术、工程测量技术、电子商务等专业。办学规模为3600人。 学院现有任课教师216人，其中专任教师182人，副高及以上职称教师69人、“双师型”教师103人;兼职教师36人，其中“楚天技能名师”5人。 学院建有铁路桥梁施工、道路与桥梁施工、建筑技术、土建工程检测、工程管理、工程测量、铁道运输管理、机电一体化、新能源汽车、高速铁路精调精测等10个校内实训基地，其中建筑技术实训基地为中央财政支持的实训基地，土建工程检测、道路与桥梁工程施工实训基地为省级实训基地。 学院前身为1958年创办的武汉桥梁工程学院，为国家铁路行业和地方经济建设输送了3万余名高素质劳动者和技术技能人才;校友中走出了46位教授级高级工程师、423位业绩卓著的高级工程师。他们主持的建筑工程先后荣获17项“国家科技进步奖”、33项“中国建筑工程鲁班奖”、18项“中国土木工程詹天佑奖”、84项省部级“科技进步奖”、96项国家及省市“优质工程奖”;他们中先后有28人次获国家和省市级“劳动模范”“五一劳动奖章”荣誉，134人次获国家“优秀企业家”“优秀项目经理”称号，58人次获“火车头奖章”;他们中先后有5人受到习近平、胡锦涛总书记的接见，有1人接受温家宝总理的邀请参加了新中国成立60周年国宴和天安门阅兵观礼，有7人先后受到李鹏、朱镕基、温家宝总理的接见。学院被誉为“桥梁建设者的黄埔军校”“土建工程人才的摇篮”，荣获“全国教育系统先进集体”(国家人社部、教育部)，“全国职工教育培训示范点”(中华全国总工会)，“全省文明单位”(省委、省政府)，“全省职业教育先进单位”(省教育厅等)等荣誉称号。 学院将坚持“质量立校、特色兴校、人才强校”的办学理念，秉承“立足中铁、面向社会、服务全国、走向世界”的办学方向，弘扬“勇于跨越、追求卓越”的学院精神，以服务发展为宗旨，以促进就业为导向，致力于大专层次高等职业技术教育和职业技能培训，培养面向铁路建设、铁路运营管理及基础设施建设一线需要的“下得去、留得住、用得上、干得好”的技术技能人才，打造中国建桥之都(武汉)和中国中铁技术技能人才培养基地，实现“省内一流、业内领先、国内知名”特色鲜明的高水平职业院校的奋斗目标。