个人简介
王清华，西北工业大学航空学院2020级力学博士研究生，师从郭伟国教授，2023年获我校国际化领军人才培养项目资助，2023年11月18日至2024年11月25日赴澳大利亚斯威本科技大学开展为期12个月余的留学生活。
学校概况
澳大利亚斯威本科技大学（Swinburne University of Technology）是一所以注重实践与创新而著称的世界一流大学，位于澳大利亚维多利亚州墨尔本市。学校成立于1908年，至今已有百余年的历史，其以优质的教育资源和卓越的科研水平享誉国际。学校注重产学合作，与全球多家知名企业和科研机构建立了紧密的合作关系。其科研领域具有显著优势，尤其是在工程、信息技术、设计和天文学等领域，研究成果屡获国际认可。学校还积极推动国际化战略，与多所海外高校建立了交流合作项目，为学生提供广泛的国际学习和交流机会。
科学研究篇
在斯威本科技大学交流学习期间，他开展了关于3D打印连续纤维增强复合材料的力学性能的研究。研究过程中，他不仅深入探索了该领域的前沿问题，还在专业技能和学术素养方面取得了显著提升。本次研究的主题聚焦于3D打印连续纤维增强复合材料在准静态/动态弯曲载荷下的力学性能和失效模式。通过实验揭示了3D打印连续纤维增强复合材料在准静态和动态三点弯曲工况下的变形机制和失效模式。
首先，此次研究采用的打印工艺为国际上先进的双挤出熔融沉积（dual-FDM）打印工艺，选用的打印机为来自Markforged公司的Mark Two打印机，如图1所示。双挤出熔融打印工艺涉及两个打印喷头，一个用于沉积基体（Matrix），另一个用于沉积连续纤维束（Fiber filament）。研究中采用的基体为由Markforged发布的Onyx，连续纤维束考虑了三种，分别为：碳纤维束（CFF）、凯夫拉纤维束（KFF）和玻璃纤维束（GFF）。
图1. (a) 双挤出熔融沉积打印工艺原理图；
(b) Markforged Mark Two打印机实物图。
实验设计方面，准静态实验采用Instron电子式万能试验机进行，如图2所示。动态实验采用改进型分离式Hopkinson压杆（SHPB）进行，如图3所示。准静态实验采用1.5mm/min加载速度，动态实验的加载速度经过计算为约为30m/s。实验采用的式样设计尺寸为12×2×80mm，支撑点之间的跨距采用40mm。
图2. 准静态实验设置
图3. 基于SHPB的动态实验设置
通过实验得到了不同体积分数和纤维束类型的式样在准静态和动态工况下的力-位移曲线、变形机制与失效模式。其中，准静态与动态工况下所得力-位移曲线的对比如图4所示。可以看出，动态下式样的力学性能与准静态下相比较表现出显著的差异。准静态下观测到的典型变形机制与失效模式如图5，动态下观测到的部分典型变形机制与失效模式如图6。
图4. 不同体积分数与纤维类型式样准静态和动态下所得力-位移曲线及其对比: (a) 纯Onyx; (b) CFF式样; (c) KFF式样; (d) GFF式样。
图5. 准静态实验中观测到的典型变形机制与失效模式：(a) 纯Onyx; (b) 纯GFF式样; (c) 纯CFF式样。
图6. 动态实验中观测到的部分典型变形机制与失效模式：(a) 42%体积分数CFF式样; (b) 纯KFF式样; (c) 纯GFF式样。
在实验过程中，王清华深入参与了从试样设计、制备到实际测试的全流程。通过实验，他熟悉了3D打印技术的操作要点，尤其是连续纤维方向对复合材料弯曲性能的显著影响。此外，通过准静态加载实验和Hopkinson杆动态测试的对比，他观察到了复合材料在不同加载速率下的变形机制和失效模式。这让他对材料的动态响应特性有了更为直观和深入的认识，同时也积累了丰富的数据分析和实验操作经验。
通过本次研究，王清华不仅掌握了先进的实验技术，还提升了独立思考和解决复杂问题的能力。这项研究的成果对推动3D打印连续纤维增强复合材料的力学行为研究具有重要意义，尤其是在动态载荷下的应用探索方面，为进一步优化材料设计和拓展实际应用奠定了基础。未来，他将继续深入该领域的研究，探讨更多影响材料性能的因素，为高性能复合材料的研发贡献力量。
图7. 与导师郭伟国教授（中）与海外导师Dong Ruan（右）在斯威本科技大学实验室
日常生活篇
在澳大利亚墨尔本的生活是一段难忘且充满收获的经历。墨尔本被誉为“世界最宜居城市”之一，其多元的文化氛围和悠闲的生活节奏给他留下了深刻的印象。在这里，王清华感受到了澳大利亚人对自然和生活品质的热爱，他们喜欢户外活动，无论是周末的公园烧烤，还是沿海的徒步旅行，都充满了轻松和惬意。这种亲近自然的生活方式与国内繁忙的都市节奏形成了鲜明对比，让他学会了在忙碌的学习和研究之余，也要留出时间享受生活。此外，多元文化是墨尔本的一大特色。无论是在街头巷尾的咖啡馆，还是热闹的集市上，都能见到来自不同国家的人们相处融洽，彼此尊重。这种跨文化的体验不仅丰富了他的人生经历，也让他更加自信地面对未来的挑战。
图8. 参观悉尼大学
经验分享
在国外学习和生活是一段充满挑战与成长的经历，文化适应是其中的重要一环。对于初次出国的王清华来说，语言、文化和生活方式的差异都需要时间去适应。首先，他发现保持开放的心态非常重要。在澳大利亚，多元文化的包容性让他更容易融入当地生活。在学习方面，王清华深刻体会到自我管理能力的重要性。国外高校更强调自主学习，老师提供指导，但需要学生主动探索和解决问题。这让他学会了制定清晰的学习计划，并充分利用学校资源。生活中，合理规划时间和保持良好的生活习惯尤为关键。在澳大利亚，王清华尝试了新的饮食习惯，学会了自己下厨，同时融入了当地人热爱的户外运动，如徒步和骑行。这不仅帮助他缓解学习压力，还让他更好地了解了澳洲文化。出国学习和生活的经历让他学会了适应变化、独立思考和拥抱多样性。这种成长不仅体现在学术能力的提升上，也体现在跨文化理解和解决问题能力的增强上。对于未来有意赴海外深造的人，王清华的建议是勇于尝试，乐于交流，珍惜每一次跨文化的体验机会。
图9. 与海外课题组周末徒步
总结
总结来说，在澳大利亚的学习与生活让他收获颇丰，不仅在学术能力上得到了显著提升，也在文化适应和个人成长方面取得了宝贵的经验。这段海外经历让他更加深刻地体会到科学研究的严谨性和创新性，也让他学会了如何在跨文化环境中有效地沟通与协作。王清华充分认识到开放心态和主动学习的重要性，这不仅帮助他克服了语言和文化的障碍，还让他能够融入新的环境，开拓国际化的视野。这段经历将成为他未来学习和工作的宝贵财富，激励他继续追求卓越，为科研事业和社会发展做出更大贡献。
撰稿：王清华
编辑：黄琳琳
责编：田尧 牛翔
审核：万方义
