损伤力学介绍

第一篇：损伤力学介绍

损伤力学介绍

复合材料是由两种或两种以上的组分材料所组成的新材料。根据不同的工程需要，人们可以选取不同的组分材料，采用最适合的复合材料细观结构，优化材料的性能。由于它具有高比强，高比模等许多优于传统金属材料的性能，在航空航天、建筑、机械、化工、设备等许多领域度得到了愈来愈广泛的应用。甚至已成为许多高科技领域的支撑材料。复合材料的核心任务是建立复合材料宏观性能同其组分性能及其细观结构之间的定量关系，并揭示复合材料结构在一定工况下的响应规律及其本质。为复合材料的优化设计、性能评价提供必要的理论依据及手段。它要揭示不同的材料组合具有不同宏观性能的内在机制。并回答诸如：为什么该种复合材料具有如此高的强度、刚度、断裂任性等此类问题。同时它主要的研究背景还在于，根据工程需要选取核实的组分材料，设计最优的复合材料结构对于传统的金属材料来说，可以针对不同的材料测得其宏观材料性能，并列表以供使用。而对于复合材料来说，其组分材料、含量、细观结构等参数稍有变化将产生具有不同宏观性能的不同材料，因此，试图通过实验测得所有材料组合的性能是不能实现的。从这一角度看，复合材料细观力学是有明确的工程应用背景，是复合材料发展的重要理论基础。

复合材料细观力学最早期的工作可以认为起源于非均匀介质有效性能的预报。可以追溯到19世纪爱因斯坦关于有两种不同介电性能的电介组成的复合电介质的等效介电常数的预报问题。这类研究的基本问题可归结如下：尽管研究的材料在细观和微观层次上是不均匀的，但总是可以设想存在一有效介质，该有效介质具有与实际非均匀材料同样的响应规律，即具有同样的宏观性能。那么，根据不同的非均匀材料预报它们的等效宏观性能就成了细观力学最早期的研究工作。尽管预报多晶金属材料有效性能也促进了非均匀材料有效性能预报理论的发展，但客观地说，则是由于60年代以来先进复合材料的发展及广泛应用，人们迫切需要有一个理论来确定两种或两种以上材料构成的复合材料如何能达到最好的刚度、热物理特性等宏观性能，这些工程在真正的促进了复合材料有效性能预报理论研究的发展。很多人认为复合材料细观力学的研究等同于复合材料有效性能的预报。有效性能一般指材料的平均性能，尽管它们也依赖于材料的细观结构，但对其细观结构细节并不太敏感，因此，许多预报复合材料性能的工作仅仅包含了纤维体积含量参数作为表征材料细观结构的参数。由于这实际上未充分考虑材料的细观特征，虽然预报方法简单，但是未揭示材料性能和破坏的本质。

随着复合材料的发展及广泛应用，人们愈来愈迫切的要求更合理完善的理论来预报复合材料的强度、断裂韧性等有关性能。复合材料强度的预报比复合材料有效性能的预报要复杂的多。这主要由于复合材料的强度取决于十分复杂的损伤演化过程，包括：基体开裂，界面脱胶及纤维断裂等许多现象。作为揭示材料细观损伤演化过程的基础，Hedgepeth提出的剪滞法模型占据了十分重要的地位。应用此模型可以分析复合材料内部一断裂纤维周围的应力分布。因为能够得到由于部分纤维破坏对其它未断裂纤维产生的效果，这就可以揭示复合材料损伤演化规律。剪滞法模型是一简单的近似模型，后来又有大量针对类似问题的研究工作出现。然而，到目前为止，这种载荷传递规律的研究工作还远远不能达到令人满意的程度。最早建立的复合材料细观强度模型可以认为是纤维束强度模型。由于纤维强度的统计分散性，纤维束的破坏也涉及到纤维逐次破坏的损伤过程，但是由于存在有未断裂纤维将平均承担的外加载荷这一简单的载荷传递规律，而使得细观力学分析工作较为简单。

虽然人们投入了相当大的精力对复合材料损伤破坏规律及强度、断裂韧性等性能进行研究，但是远未达到令人满意的程度。研究的难点在于复合材料破坏的随机性和复杂性。为了取得较大进展，应该对经典力学的研究方法有所突破。目前复合材料发展的一个重要趋势是结构与功能一体化。由于多场的藕合作用给细观力学建模带来了较大困难，同时，该领域的发展又迫切需要材料细观力学的指导以使得材料的设计及应用水平有所提高。

确定基体开裂应力的侨联模型

在裂纹扩展还未达到稳定阶段，裂纹面上未断裂的纤维限制了裂纹的张开，从而起到了降低裂纹尖端应力强度因子的赠韧作用。为计算这一阶段基体的开裂应力，人们一般采用有效应力强度因子而不能用能量法，因为这种情况下，直接计算应力强度因子比计算由于裂纹扩展而释放的能量更方便。为了计算机体开裂应力，或有效应力强度因子，一般均采用如下三个步骤。(1)首先必须导出裂纹表面为断裂的桥联纤维承担的载荷与裂纹张开位移之间定量关系，由于纤维及基体界面会产生滑移，这一关系一般不等同于纤维本身的拉伸—位移曲线。(2)利用已经得到的纤维承担的载荷语裂纹张开位移之间的关系，利用数值方法迭代求得在某一外载作用下裂纹的张开位移及裂纹面上纤维所承担的载荷。(3)考虑纤维所承担的桥联载荷。利用断裂力学方法计算有效应力强度因子及基体开裂临界应力。

1.纤维承担的载荷与裂纹张开的关系

考虑复合材料中含有的一裂纹在沿纤维方向的单轴拉伸载荷作用下

裂纹中的纤维并未断裂，而是起到了增韧的作用，限制了裂纹的张开。复合材料所受的载荷与纤维及基体承担的载荷f及m之间的关系为

ffm m

（1）式中，f及m分别为纤维及基体的体积含量。由于纤维、基体及复合材料发生的轴向变形应相同，因此

ffmm

（2）

c结合（1）式及（2）式可以得到纤维所承担的载荷

f式中，fffmm1

（3）

mm

下图是为计算裂纹表面纤维所承担的载荷而取出的材料单元。其中，及为纤维及基体界面滑移部分的端点，在面之上及面以下纤维及基体中应力为远场力，不因裂纹的存在而改变。并且进一步假设，在滑移部分，纤维与基体界面有一常量摩擦阻力，其方向与滑移方向相反。由于在面上纤维承担的应力由（3）式确定，这样，在任一位置z处，纤维所承担的应力为

ff2R

（4）f式中，R为纤维半径，fR2为纤维横截面积。纤维所承担应力在裂纹面上（zl）,为

Tflf可以导出，在滑移段纤维的应变分布为

2l

（5）f

fzdfzdzff2z

（6）Rf式中，fz为z处纤维的位移。这样，在裂纹面上zl处，纤维的位移为

fflfflRf l（7）

类似地可以假设围绕滑移纤维的基体中应力也是呈线性变化的，当 z由0增至l时，机体中应力由远场平均应力减至0，即

z

mzm1

（8）

l因此，基体中应力分布为

mzmz 1

（9）

ml这样，裂纹表面的基体相对于面的位移为

mml因此，裂纹的张开位移可写成

ufmml2m

（10）

fflRfl2m2ml

Rfl2l2mm1

（11）

而且，滑移长度l也可以由（11）式确定为

1222161ffuR

l11

(12)241fR将式（12）代入（5）式得到裂纹表面纤维施加的桥联载荷同裂纹张开位移u之间的关系

1222161ffu

pTf11

(13)

2221R为了方便，可以将(13)是写成无量纲形式

1241u1

（14）p

1212u02R式中，u0

（15）241ff

方程（14）式可以退化到稳态基体开裂，当p时，uu0，这是稳态开裂的解

41fu0

p 

（16）

R2f12因此，这种情况下得到的稳态开裂应力为一下限值。

9140A2003 卫星结构与机构技术

2007.5.12 研究目的：面向未来大型航天器以及微小型航天器不同需求，发展自主知识产权新材料的空间应用，以此发展大尺度、超轻、高比强度、高比刚度的新型结构与机构技术

9140A200301 新材料的空间应用技术

一 ．概述：先进材料桔树是指新出现和正在发展的，具有优异特性和功能的，能满足武器装备需要的新材料技术。它是涉及材料的组成与结构、制备与加工技术、材料性质及服役性能兼相互关系的知识开发及应用的科学与工程技术。

先进材料技术的国防科学技术，国防力量的增强和国民经济的发展具有重要推动作用。在现代社会中，新材料已经成为各工程领域的共性关键技术之一，是高技术的重要组成部分，也是最重要的发展最快的科学之一。先进材料技术是发展武器装备的物质基础和技术先导，是决定武器装备性能的重要因素，也是拓展武器装备新的功能和降低武器装备服役期费用，争取和保持武器装备竞争优势的源动力。

新型武器装备的发展起源对军用材料技术的基础研究提出的迫切要求：（1）．武器装备的高性能比要求关键材料的高性能、高可靠性、低成本方向加快发展，其中较为迫切的是：航空发动机长时间使用的高温合金，适应武器装备轻质比要求的轻质结构材料，具有强浸蚀与爆破后控制功能的战斗空中材料，具有承载/透波、吸波、防热、抗辐射等多功能的结构功能一体化材料，满足电子对抗要求的信息功能材料等开展服役环境下材料的基础性研究是解决制约这类材料发展与应用的突破口，将直接支撑先进材料技术的预先研究。

（2）．基础性研究是科学技术的源头，提高材料技术研究水平与制备能力，取得具有原创力和自主知识产权的科学技术成果，必须立足于基础性研究。如材料设计理论与设计方法研究，材料制备新原理与新方法研究，材料测试与表征新原理与新方法研究，新概念材料研究等，是促进军用材料与技术的原始创造和提升材料应用研究性的重要保障。

先进材料技术基础的重要进展往往直接导致新一代军用材料的产生，并对武器装备技术的突破产生重大影响。武器装备预演基金中先进材料技术领域的基本任务是以先进材料技术军事应用为目的，开展材料的新概念、新原理、新方法、新技术的基础性和前瞻性研究，为军用先进材料技术的发展提供科学理论依据和知识储备。

二 ．国内外研究情况

现代高技术的飞速发展为新型武器系统的研制和现有武器装备及提供更高性能的先进材料技术带来了新的机遇。发展同和先进的基础工业水平为武器装备用先进材料的研制生产提供了保障。此外，发达国家还不断强化材料技术对先进武器装备的物质基础作用和技术先导作用，其地位不断提升。通过实施国家级研究计划，发达国家正在大力推进先进材料技术的新一轮升级，以最大限度的提升材料的高性能以支撑武器装备的高性能和高功能。美国国防部制定的面向21世纪的国防科技战略规划体系中，把材料与工业技术定为4个具有较高优先发展的领域之一。美国国家自然科学基金委员会针对美国21世纪国防材料需求设立了专项，重点开展与未来武器系统相关的材料基础研究。

发达国家先进材料技术基础研究的发展趋势具有一下突出特点：（1）．复合化：通过微观、细观和宏观层次的复合大幅度提高材料的综合性能，复合材料技术是当今先进材料技术中发展最迅速的领域之一；（2）．多功能化：通过材料的纯净化、均匀化、超细化等精细控制，大幅度提高材料的强度、模量、韧性及其它物理和化学性能，为提高武器装备的性能提供基础；（3）．低成本化：通过节能，采用廉价源材料，改进材料制备和加工技术，提高成品率和材料利用率等方法降低材料制备 加工 及应用成本；同时材料技术的发展还使武器装备的寿命不断提高，维修费用不断降低，从儿降低武器装备的全寿命周期费用。低成本技术在材料领域是一项高技术含量的技术，对武器装备的研制和生产具有越来越重要的作用。

先进材料技术的基础研究在我国受到高度重视，如总装备部设立的国家安全重大基础研究计划（国防‘973‘计划），对具用重大军事需求的关键材料开展前瞻性与基础性技术研究，并且如重点基金，一般基金和相关实验室基金等不同层面的先进材料前瞻性和基础性研究。国家科技部的国家重点基础性计划（国家“973”计划）专门设立了材料技术领域，重点支持面向国民经济材料要求的前瞻性研究。国家自然基金委工程与材料学部重点支持材料的基础理论研究等。

在上述计划的支持下开展针对轻质结构材料，树脂基复合材料，超级高温结构材料，结构功能一体化材料以及电子信息材料等方向的基础研究对提高我国武器装备，研制水平起到了重要的推进作用，同时也促进了这些材料新技术的应用。经过半个世纪的努力，我国军用先进材料技术领域已经具有了一定的基础和水平，缩短了与国际先进水平的差距，部分领域已进入国际先进行列。但我国军用先进材料技术与国外整体水平还有较大差距，主要差距表现在：（1）．对未来高新武器装备发展至关重要的关键新材料的基础研究薄弱。对高性能轻质结构材料、高温结构材料、树脂基复合材料透波、烧蚀等结构功能一体化材料，电子信息功能材料等关键材料的基础研究不足，影响了这些材料在武器装备的应用。（2）．基于微观层次的材料设计理论和方法的基础较薄弱。目前新材料研究以跟踪研究为主，作用原创性基础理论研究不足，新材料设计方向主要采用传统的“试错法”。尚未达到基于微观层次的科学的材料的设计阶段，急需要开展材料优化设计理论和方法的研究。

(3)．对关键新材料在服役环境下的性能表征和评价方法基础研究不足。在武器装备超常环境下使用的一些关键新材料缺少有效的性能表征和评价方法，已经成为新一代装备发展的必须。

(4)．新材料合成制备方法和新技术储备不足，先进材料技术对合成与制备过程的控制依赖性很强，我国军用材料合成与制备新方法的发展主要处于跟踪和模仿，新技术的创新与突破不多，迫切需要用材料合成与制备新理论和新方法支撑新材料的研制与开发能力的提高。

(5)．军用新材料的探索研究需要加强。基础学科，如物理、化学生、物等学科研究的突破，往往成为新材料技术产生的源头。紧密结合国内外基础学科的研究成果，探索和发明具有军事用途的新材料与新技术，是先进材料原始创造的重要途径。

功能梯度材料裂纹扩展研究

2007.6.15 随着航天、航空等高新技术领域对材料要求的逐步提高，功能梯度材料随之产生。因其独特性能，在工程中得到了十分广阔的应用。深入研究功能梯度材料的力学行为，特别是载荷作用下的断裂力学行为对于功能梯度材料的实际设计、制造以及工程应用都有着十分重要的意义。

为了适应航空航天等高新技术领域对材料提出的苛刻要求，1984年日本材料科学家率先了提出功能梯度材料的概念。功能梯度材料的出现与发展，逐渐受到国际学者的关注。1990年到1996年，国际功能梯度材料顾问委员会分别在日本、美国、瑞典等国家举行了四届功能梯度材料国际会议。近几年来，美国、俄罗斯、德国、英国、瑞士、芬兰及乌克兰等国家也都相继在不同的应用领域开展了功能梯度材料的研究工作。近年来我国也认识到开发研究功能梯度材料的重要性。

随着功能梯度材料的发展，其用途已由原来的航天工业扩大到核能源、电子、光学、化学和生物医学等领域，其组成也由金属－陶瓷发展为金属－合金、非金属－金属、非金属－陶瓷等多种组合，应用前景十分广阔。

由于功能梯度材料的多方面的良好性能，其理论研究倍受人们关注。对于力学工作者，其破坏性能尤为受到关注。功能梯度材料的材料物性参数是空间坐标的连续函数，并且该函数一般是可导的。因而，其裂纹尖端的应力奇异性长期以来一直受到人们关注。

由于数学处理上的困难，目前所分析的大多数功能梯度材料静态裂纹问题一般都假设材料是各向同性弹性体，只有极少数文献涉及到各向异性功能梯度材料的裂纹问题。Ozturk和Erdogan采用指数函数的材料梯度分布形式，应用奇异积分方程技术，研究了正交各向异性功能梯度材料I型平面裂纹问题。对于更一般的各向异性材料梯度分布形式，求解将更加困难。

目前，只有少量文献涉及到在机械冲击载荷下功能梯度材料的动态断裂问题，且限于问题的复杂性，这些文献基本上都局限于功能梯度材料的III型裂纹问题(反平面剪切或扭转)。王保林等对非均匀复合材料反平面裂纹问题进行了研究，他们的求解策略为：将非均匀材料沿厚度方向划分为许多均匀材料单层，利用Laplace变换及Fourier变换求解各单层的运动方程，再利用刚度矩阵法表达界面应力与界面位错密度函数的关系，推出控制问题的奇异积分方程，最后利用虚位移原理得出裂纹尖端的动态应力强度因子。Babaei等研究了功能梯度材料过渡层中裂纹的反平面剪切冲击响应问题，结果显示：动态应力强度因子与裂纹自身长度、裂纹与上下均匀材料之间的距离和材料特性等多种因素有关。李春雨等研究了无限大非均匀材料的单裂纹反平面剪切和扭转冲击响应问题。

由于采用解析途径分析功能梯度材料时常常要作较强的假定：例如裂纹处于无限大体；材料梯度分布形式为某些特殊函数；裂纹的取向平行或垂直于几何边界；材料变形为弹性变形等。为了计算更普遍的功能梯度材料，人们不得不借助数值方法。

有限元方法理论成熟、技术完善，它已成为计算力学中解决工程问题的主要计算方法。虽然如此，在用拉格朗日方法求解金属冲压成型、高速撞击、裂纹动态扩展等涉及大变形的问题时，有限元网格可能会产生严重的扭曲，不仅需要重新划分网格，而且也严中的影响了计算的精度；对于裂纹的动态扩展问题，由于裂纹的扩展方向不能事先确定，因而在计算过程中需要不断地重新划分网格以模拟裂纹的动态扩展过程；有限元近似基于网格，因此必然难于处理与原始网格不一致的不连续性和大变形；复杂的三维结构的有限元网格的生成也是极具挑战性的问题。鉴于有限元的这些缺点，一种基于点的近似，可以彻底或部分消除网格的方法——无网格法近几年倍受人们关注。

Nayroles等人于1992年将移动最小二乘近似(moving least square,MLS)引入Galerkin法中，提出了漫射元法(diffuse element method,DEM)。Belytschko等对DEM进行了改进，在计算形函数导数时保留了被Nayroles忽略的所有项，并利用拉格朗日乘子法引入本质边界条件。提出了无单元Galerkin法(the element-free galerkin method,EFGM)，掀起了无网格法的研究高潮。这类方法虽然计算费用高，但具有较好的稳定性。Belyschko等给出了EFGM的误差估计，对EFGM方法中的数值积分方案以及近似函数的计算方法进行了深入研究。并将EFGM方法用于动态裂纹扩展的模拟。克服了有限元方法在模拟裂纹扩展时需要不断进行网格重新划分的缺点。Belytschko和Hegen等将EFGM方法和有限元耦合发挥各自的优势。陈建等采用EFGM法计算含有边沿裂纹功能梯度材料的应力强度因子。Babuska和Melenk等]将单位分解有限元法（partition of unity finite element method,PUFEM）和广义有限元法。用该方法求解动态裂纹扩展问题时，可以处理任意裂纹形状，并且不需要重新划分网格。

电子封装技术进展

2007.10.12 电子封装是连接半导体芯片和电子系统的一道桥梁，随着半导体产业的飞速发展及其向各行业的迅速渗透，电子封装已经逐步成为实现半导体芯片功能的一个瓶颈，电子封装因此在近二三十年内或得了巨大的发展，并已经取得了长足的进步。今天的电子封装不但要提供芯片保护，同时还要在一定的成本满足不但增加的性能、可靠性、散热、功率分配等功能。电子封装的设计和制造对系统应用正变得越来越重要，电子封装的设计和制造从一开始就需要从系统入手以获得最佳的性能价格比。

一般说来,电子封装对半导体集成电路和器件有四个功能,即:为半导体芯片提供机械支撑和环境保护;接通半导体芯片的电流通路;提供信号的输入和输出通路;提供热通路,散逸半导体芯片产生的热。可以说,电子封装直接影响着集成电路和器件的电、热、光和机械性能,还影响其可靠性和成本,同时,电子封装对系统的小型化常起着关键作用。因此,集成电路和器件要求电子封装具有优良的电性能、热性能、机械性能和光学性能,同时必须具有高的可靠性和低的成本。

在封装、组装业高速发展的背景下，以下几点尤为引人注目：底层填料，高密度基板，导电胶，无铅焊接。

底层填料可以增加焊点的热疲劳寿命、抵抗机械应力、振动、冲击等的能力。底层填料主要分为流动型和无流动型。流动型通过毛细管现象将底层填料吸入到芯片和基本之间的空隙之中，然后使用热或光进行固化。从材料角度要求其热膨胀系数尽可能与焊点材料相近，玻璃化转变温度高、杨式模量大、离子杂质少、防潮性好、与芯片、钝化层材料、基板材料、阻焊材料等具有良好的粘和强度；从工艺角度来看，要求填充速度快、具有充小空隙的能力、固化时间短，固化后无填料不均匀沉淀等。无流动型底层填料，在回流过程中焊接和固化过程一次完成。由于工艺过程比流动型的底层填料要简单得多，因而可以大大降低生产成本并提高生产效率。

无论是流动型还是无流动型的底层焊料，一经固化，期间一般无法返修，这一特性从某种程度上限制了底层填料在产业的应用。近年来在可返修底层填料方面已经取得了很好的进展，现已经开发出在化学可返修、热学可返修、热塑性底层填料等样品。预期相应产品在短期内回逐步走向市场。

由于现有基板制备技术已经无法满足技术需求，高密度基板技术应运而生。高密度基板的典型要求如下：

线宽/线距，75/75微米 焊盘尺寸，150-200微米 微通孔尺寸，200微米

在通孔方面，现已经发展出激光钻孔、光掩模腐蚀等通孔技术，且这三种技术都获得了一定程度的产业应用。

目前高密度基板技术在数字摄像机、通讯和计算机领域已获得了相当程度的应用，且应用范围正不断扩大。与此同时为进一步提高系统的密度，将被动元器件集成于基板制造过程中的技术也已经步入研究开发阶段，在不久的将来有望在一定的范围内获得应用。

导电胶焊接由于具有一系列的优点和成本低廉、焊接温度低、不含铅、可以实现很小的引脚间距等，因而近二十年一直颇受关注，并且导电胶焊料在某些领域已获得了很好的运用。在无铅化方面，导电胶至少是共晶锡铅的一个可能的替代方案。随着器件的引脚间距得不断减小，导电胶仍将是锡铅焊接材料的一个强有力的竞争者。

无铅焊料：由于PbSn共晶焊料中含有有害健康和环境的铅元素，随着环保意识的不断增强及市场竞争的不断加剧，无铅焊接已经成为一个必然的趋势。但现在无铅焊接仍存在下列三大类问题：

价格、性能：到目前为止，已有很多无铅焊料体系得到了充分的研究，但从性价比方面仍然没有任何材料可以和传统锡铅共晶焊料相比。

助焊剂：现有助焊剂种类很多，但几乎所有体系都是按照锡铅共晶焊料设计并优化的。新的焊料体系对助焊剂必定会提出新的要求。同时今后无铅焊料很可能出现多种焊料体系共存的局面，这更加大了助焊剂开发的难度。

元器件、基板、焊接设备：由于无铅焊料体系必然会与共晶锡铅材料的熔点不同。焊接温度不同对器件的抵抗热应力和防潮性能的要求必然不同；同时焊接设备也会产生一定的影响。

关于无铅焊点的应力应变分析，所以首先要考虑的是焊料的选取。现阶段金属无铅焊料主要是以锡为基础，添加银、铜、铋、锌、铟等第二金属元素组成的合金，并通过微量添加第三、第四种金属元素来调整其熔点和力学物理性能，表1给出了锡基二元合金焊料的优缺点。就使用温度来看，无铅焊料可以分为三类：高温锡–银（铜）系；中温锡–锌系；低温锡–铋系。

卫星自主导航及姿态确定技术研究

2007.11.2

浩瀚星空，星罗棋布，无边无际的太空自古至今都吸引这人类，1957年10月4日，前苏联成功地发射了人类第一颗人造地球卫星，开辟了人类进入空间时代的新纪元，标志着航天技术取得了划时代的成果。近半个世纪以来，航天技术取得了前所未有的巨大成就，同时也成功的在社会生活、国民经济、科学技术、国防建设等各个领域为人类来带来了巨大的社会效益和经济效益。当今世界，航天技术已是一个国家综合国力及科学技术发展的重要标志，也是保卫国家安全必不可少的工具，世界各军事大国都把发展航天技术放在重要位置。

现代航天技术的发展，对导航与姿态系统的精度、可靠性等提出了越来越高的要求，同时，卫星微小型化技术和小卫星应用技术的发展，要求导航与姿态系统一体化、低成本化。为了准确、可靠地对航天器进行预定或既定航迹的导航与制导，必须为整个系统提供足够精确和可靠的全部导航及姿态参数信息，因此，精度和可靠性是衡量一个导航与姿态系统的重要准则。在过去的几十年中，仅仅依靠某单一传感器的导航与姿态系统已经远远不能满足当前用户多方面的需求，而以将多种类型的传感器进行优化配置、性能互补的组合导航与姿态系统模式逐步成为现代航天技术发展的必然趋势。

随着航天技术及其应用的迅速发展，我国以陆海测控为主的卫星在未来面临着非常严峻的挑战：（1）现代航天应用技术的发展，使空间运行的人造地球卫星数量大大增加，信息传输量急剧增加，完全依靠地面站测控，会引起测控系统的信息阻塞和地面站负担过重。据统计，目前每天来自地球应用卫星的各种数据约为1015，这种迅速增加的数据使得地面测控站的负担越来越重，出错的概率和测控成本也因此上涨；（2）对于军事应用，未来卫星尤其是军事侦察卫星、通讯卫星，由于过于依赖地面站的监控，其在战争状态下的安全性令人担忧。一旦地面测控系统遭受攻击，整个天基系统将陷入瘫痪，很难维持正常的信息获取和分发，完全失去空间优势；（3）对于民用卫星，我国地面站较少，随着卫星数目的不断增加，数量和种类有限的地面站不能满足卫星导航的要求，而增设新的地面站需要更多的人力、物力和财力，这将大大增加卫星的运营成本。（4）随着我国神舟六号载人飞船的成功发射，“嫦娥工程”的全面启动，地面站的跟踪不能完全满足远距离载人航天器和深空探测的导航精度与可靠性要求，宇航员和探测器不依赖地面测控站自主确定其位置的能力是非常必要的；（5）由于受到地理条件的限制，对于中低轨道卫星，我国地面站存在着测控弧段很短和测量目标较多的难处，而我国不可能像美国那样可以全球布点建设，所以难以实现整个轨道的定位导航和姿态确定。

由此可见，卫星自主运行是提高卫星任务应用效益和提高卫星在轨运营管理效率的重要方面。卫星自主运行是指在不依赖地面设施的条件下，在轨完成飞行任务所要求的功能及其操作。卫星要实现自主运行，首先要求实现自主导航技术。卫星自主导航即仅依靠星载设备和技术实时在轨地为卫星提供精确的轨道与姿态参数。实现卫星自主导航，将为卫星带来巨大的优势：（1）地面操作人员只需定期检查卫星工作状态，免除了复杂的导航计算任务，从而极大地降低了对于人力和地面设施的要求，也降低了航天计划的成本；（2）在战时，地面系统可能遭到敌方的破坏，而实现卫星自主导航使其在与地面通信联络完全中断的情况下，仍能够完成轨道确定、轨道保持等日常功能；（3）降低了卫星运行对地面站的依赖作用，提高了生存能力，即使出现地面跟踪测量在一段时间内被迫中断的恶劣情况，仍可保持飞行任务的连续性。（4）实现自主导航可以扩大航天器在空间的应用潜力，比如载人航天、深空探测、卫星星座和编队飞行等新技术的发展都需要以自主导航作为其前提条件之一。（5）鉴于我国地理条件的复杂性和特殊性，自主导航缓解了因国土资源限制造成地面站布控困难，实现卫星在不能测控的轨道弧段仍可自主运行。

所以，卫星自主导航技术无论是在军用还是在民用中都具有十分广阔的发展前景和重要作用，具有非常重要的理论意义及工程应用价值。这一工作不仅为提高卫星系统的精度和可靠性等能提供技术基础，而且为改进和推动卫星系统各方面性能和应用水平提供理论依据，使卫星具有较强的自主运行、自主管理和在轨生存能力，是未来卫星技术发展的一种必然趋势。

通过本次报告，我对卫星自主导航等内容从概念到理论到实践方案等内容都有了深刻的了解。

心得体会

第二篇：岩石力学课程介绍

《岩石力学》课程介绍

该课程为学科基础课程，适应专业有土木工程专业、水利水电工程专业；课程性质为选修

课程主要学习岩体的基本物理力学性质及测定方法，工程岩体在外荷作用下内应力的变化和表现出的性质及应力状态、应变状态以及对工程的影响，并用以解决工程问题和对工程进行可靠性评价。

本课程研究内容：介绍基本原理和试验方法以及与工程建设密切相关的岩基、岩坡、地下洞室等问题，着重于基础知识。

学习该课程的目的：

掌握工程岩体在外荷载作用下的内应力的变化和表现出的各种性质以及应力状态、应变状态对工程的影响，掌握岩体的基本力学性质及其测定方法，并用以解决工程问题和对工程进行可靠性评价。

学习本课程后应具备的能力：

1、能够运用岩石的物理性质和岩体结构状态对岩石（体）分类，估算无支护条件下的洞壁最长稳定时间。

2、能够进行岩体力学性质的室内外实验和资料分析。

3、对岩体应力状态、变形状态和破坏条件进行全面分析和评价。

4、能够计算山岩压力，评价岩体稳定性，并进行喷锚支护设计。

5、掌握有压隧洞围岩和衬砌的应力计算和有压隧洞围岩最小覆盖层厚度计算。

6、初步掌握岩坡的加固方法。

学分与学时

学分为2分.学时为32学时。

建议先修课程

土力学与地基基础、工程地质和水文地质、材料力学、弹性力学。

推荐教材或参考书目

推荐教材：

（1）《岩石力学》（第三版）第11次印刷 徐志英主编.中国水利水电出版社.1993年

参考书目：

（2）《岩体力学》（第一版）第1次印刷.沈明荣、陈建峰主编.同济大学出版社.2006年。

（3）《岩体力学》（第一版）第1次印刷 罗固原等编.重庆大学出版社.2002年。

第三篇：建筑力学课程介绍

建筑力学课程介绍

《建筑力学》是广播电视大学建筑施工与管理专业学生必修的技术基础课。它以高等数学、物理学为基础，通过本课程的学习，培养学生具有初步对建筑工程问题的简化能力，一定的力学分析与计算能力，是学习有关后继课程和从事专业技术工作的基础。

通过学习本课程，培养学生具有一般结构受力分析的基本能力；熟练掌握静力学的基本知识；掌握静定结构的內力和位移计算；掌握基本杆件的强度、刚度、稳定性计算；基本掌握简单超静定结构的內力的计算；通过观察，了解力学实验的基本过程。

课程的教学基本要求

（一）知识要求

本课程在教学实施过程中应从本专业的培养目标、特点及学生的实际情况出发，对基本力学原理和理论的讲授以实际应用和后续专业课程的要求为目的，教学內容以必需够用为度，讲授结构的计算简图、结构的几何组成、静力学基础等基本知识，重点讲授常用杆件及静定结构的內力分析和计算、內力图的绘制方法、应力分析和强度计算、位移分析和刚度计算，讲授杆件的稳定性计算、简单超静定结构的內力计算、內力图的绘制方法。

（二）能力要求

1．了解结构的计算简图、几何组成等基础知识；

2．熟练掌握静力学的基本知识和运算；

3．掌握静定结构的內力和位移计算；

4．掌握基本杆件的强度、刚度计算；

5．了解杆件稳定性计算的基本概念；

6．基本掌握简单超静定结构的內力的计算；

7．了解力学实验的基本过程。

本课程的重点是：静力学基本知识、轴向拉伸和压缩、梁的弯曲、静定结构的內力分析及简单超静定结构解法等內容。要求学生能灵活运用物体的平衡条件，熟练掌握截面法等力学基本方法，发挥开放学生自学优势，充分利用多种媒体资源。本着教师精讲、学生多练的原则，力求多做课外习题，对重点和难点內容加深理解，对计算方法逐步巩固。

本课程为5学分，课內学时90，其中：实验4学时。开设一学期。

本课程的主要教学内容有：绪论，静力学基本知识，静定结构基本知识，静定结构內力计算，杆件的强度、刚度和稳定性计算，静定结构位移计算，超静定结构內力计算。

第四篇：工程力学(钱学森力学班)介绍

工程力学（钱学森力学班）介绍

 概述

自2009年起，清华大学航天航空学院工程力学系“钱学森力学班”开始面向全国招生。钱学森先生是全球华人中近代最有影响的学术大师之一，是近代力学和航天事业的奠基人，是清华大学工程力学系的前身—“工程力学研究班”的创办者。

 培养目标

探索高质量人才的国际化创新培养模式，建立高水平的国际化培养体系，设立专门的课程系统，采取因材施教的个性化教学方式，营造热爱科学的学术氛围，激发学生的学习兴趣，厚植学生的数学力学基础，强化学生的创造力，力求使之具备成为力学顶尖人才或相关科学技术领域领军人才的潜力。

 历史与现状

清华大学工程力学系创立于1958年。在半个世纪的发展历程中，以钱学森为代表的一大批著名学者，如钱伟长、张维、杜庆华、黄克智、过增元、杨卫等院士为清华力学的发展付出了他们的努力与睿智，奠定了清华力学发展的坚实基础，使清华力学成为全国力学学科的一面旗帜，并在历次高校力学学科评比中一直位居全国第一。

清华大学工程力学系具有一流的师资，现有中国科学院、工程院院士4名，博士生导师30名，“长江学者特聘教授”5名，杰出青年基金获得者7名，国家级教学名师1名。为国家培养了一大批杰出人才，已有12位毕业生成为院士。自1999年教育部设立全国百篇优秀博士论文奖以来，本学科有10篇论文获奖，约占全国力学获奖篇数的一半。

工程力学系教学和人才培养一直位居清华大学前列，在全校综合教学评估中多次排名第一，“固体力学重点学科建设与高水平博士生规模培养”项目获得国家级教学成果特等奖，“理论力学”、“材料力学”、“弹性力学”、“流体力学”等骨干课程均为国家级精品课。

清华力学学科不仅在全国高校排名第一，在国际上也有重要影响，尤其是固体力学团队近十年来在多项重要指标上已经跻身世界前十，成为人才济济、硕果累累的人才培养核心基地。已有一大批毕业生去哈佛大学、剑桥大学、麻省理工学院、斯坦福大学、普林斯顿大学等欧美名校继续深造，后在世界一流大学担任教授，或在微软、通用、壳牌等国际著名工业集团担当主管。

 广阔的空间和全新的舞台

力学一直肩负着我国经济建设、国家安全和社会可持续发展的重要使命，特别是在空天、能源、交通、环境、海洋等领域做出了许多基础性、战略性、前瞻性的重大创新贡献。在“两弹一星”、“嫦娥探月”、“载人航天”等重大科技工程中有一大批以力学为深厚背景的杰出科学家，如钱学森院士、钱伟长院士、王永志院士（清华大学航天航空学院院长、中国载人航天工程总设计师、国家最高科学奖获得者），杨卫院士（现浙江大学校长）等，另外仅在清华大学就有众多因坚实宽广的力学基础而在其他工程领域取得卓越成就的院士和学科带头人，如摩擦学的温诗铸院士、水利学的张楚汉院士、土木工程的袁驷教授、机械工程的曾攀教授等等。力学除在传统工程科学领域继续发挥着重大作用外，还与生命科学、信息科学、纳米科技、经济学等学科相互融合，催生了一大批新兴交叉学科。

面对国家战略需求和世界科学前沿，面向重大科技工程和交叉学科的挑战，“钱学森力学班”的学生具有广阔的发展空间和全新的施展才华的舞台。

 全新的培养模式

1.实行本、硕、博贯通培养，绝大部分学生本科毕业后直接攻读博士学位； 2.实行流动制和多院系协同培养制度：从清华土木、水利、机械、精仪、热能、汽车等相关院系选拔优秀学生进入本班学习，三年级后根据志向多向选择专业；

3.建立高水平的国际化培养体系，选送部分优秀学生与国际名校交换学习； 4.配备最优秀师资队伍，聘请著名学者和国际力学大师授课； 5.实行小班授课和导师制，为每位学生配备指导教师；

6.因材施教：设计个性化培养方案，以提供学生自主选择的空间；采取个性化教学模式，以激发学生的学习兴趣，发挥学生科研上的巨大潜力，造就学生优秀的学术素养；

7.设立专门的课程体系，以打造厚实的数理和力学基础，养成创新性思维素质；增加跨学科课程设置，以扩展学生的选课范围，拓宽学生的跨学科视野；设立专题研究课程，以引导学生及早进入感兴趣的科研领域；推动专题研究小组交流和班级学术交流，以培养学生的探索与创新精神。

我们相信，通过“钱学森力学班”的培养，你们必将根深叶茂，具有可与国际顶尖大学学生比拟的竞争力和长远发展潜力。

第五篇：治疗脊髓损伤最佳方法介绍（精选）

“治疗脊髓损伤最佳方法介绍”

什么是靶向性细胞再生疗法？靶向性细胞再生疗法是20世纪末神经生物学领域最重要的进展之一,因其具备自我更新和多分化潜能的两个基本特性以及迁移功能和良好的组织融合性的优点,而成为细胞治疗神经系统疾病良好的移植材料,为脊髓损伤的治疗提供了新的方法。

脊髓损伤一般是怎么造成的呢？脊柱脊髓损伤常发生于工矿、交通事故，战时和自然灾害时可成批发生。伤情严重复杂，多发伤，复合伤较多，并发症多，合并脊髓损伤时预后差，甚至造成终生残废或危及生命。

靶向性细胞再生疗法是如何治疗脊髓损伤的呢？脊髓神经元细胞属于“终末”细胞，几乎不可自我修复，因此各种传统治疗手段，对于神经损伤性疾病的治疗效果都不能让人满意。靶向性细胞再生疗法在临床上的应用打破了这一现状。脊髓损伤后移植的细胞能向损伤处迁移、存活和增殖，分化为神经元或星形胶质细胞、少突胶质细胞，出现神经细胞轴突与髓鞘的再生，建立正确的和功能性的突触连接；并使残存脱髓鞘的神经纤维和新生的神经纤维形成新的髓鞘，保持神经纤维功能的完整性，恢复受损神经功能，达到对脊髓传导功能的彻底恢复。

“治疗脊髓损伤最佳方法介绍”

靶向性细胞再生疗法疗法应用于临床，通过自我复制分化可以诱导分化成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、细胞、肌细胞、神经元及心肌细胞等等损伤部位的细胞。

靶向性细胞再生疗法具有靶向化、高效化、微观化、自动化的特点。

靶向化：机体受损病变的组织会持续释放出某些特定的细胞因子，称为趋化因子。距离受损组织较远的区域，趋化因子的浓度较低，与邻近受损组织的高浓度形成了浓度梯度。在浓度梯度的引导下，输入患者体内的BX修复细胞能够逐渐的向病变区域靠拢、汇集，使病变组织周围形成相对高浓度的BX修复细胞群体，对病变局部发挥充分的组织修复作用。高效化：实验证明，相比较人体普通的修复过程，输入BX修复细胞后的组织修复速度要快上数十倍甚至上百倍，使人体受损的组织在短时间内即得到快速的恢复。

微观化：靶向性细胞再生疗法的治疗过程发生在分子水平，以细胞为单位对病变区域产生治疗作用。整个治疗过程只需依靠输液和注射来完成，无创、无痛，更无需承担开刀动手术的负担和风险。

自动化：输入BX修复细胞之后，所有治疗过程都会在人体自身的调节之下按部就班的完成，如果患者有需要，只需按照医生要求按时到院接受治疗即可，无需住院，为忙于工作，没有大段空闲，无法住院治疗的患者们提供了便利。