单壁碳纳米管的静动态性能的分析

碳纳米管优异的力学性能使其成为各个微、纳机电器械中不可或缺的元件。为了更好地优化和设计微、纳机电器械,本文详细分析了碳纳米管的屈曲性能和振动特性。首先利用分子动力学软件的大规模原子与分子并行模拟器(large-scale atomic molecular massivety parallel simulator,LAMMPS)对扶手椅型单壁碳纳米管进行了压缩模拟,然后讨论了长径比的变化对单壁碳纳米管弹性模量的影响,在此基础上研究了长径比对临界载荷的影响。最后研究了在不同边界条件下,长径比对碳纳米管轴向振动固有频率的影响。结果表明,长径比的增大使碳纳米管弹性模量和轴向临界载荷变小。此外,长径比的增大降低了碳纳米管轴向振动的固有频率。     

STW缺陷对碳纳米管屈曲性能的影响

通过分子动力学模拟研究了扶手椅形和锯齿形含缺陷单壁碳纳米管(SWCNT)的轴向压缩特性,对单原子空位缺陷和stone-thrower-wales (STW)型缺陷对SWCNT轴压屈曲行为的不同影响进行了对比研究.研究结果表明:相比于含单原子空位缺陷的碳纳米管,尽管含STW缺陷的碳纳米管外型上更接近完善管,但是STW缺陷对SWCNT屈曲性能的影响与单原子空位缺陷所产生的影响极为接近.对由含缺陷SWCNT嵌套而成的双壁碳纳米管的轴压屈曲行为进行了分子动力学模拟,得出了很好的模拟结果.     

单壁碳纳米管储氢分子动力学模拟研究

选用C(10×10)扶手椅型单壁纳米管,采用分子动力学方法模拟研究了在温度100K,初始入射动能在10,30,50,80,100eV几种情况下氢原子在单壁碳纳米管中的运动,并分析了单壁碳纳米管储氢情况,得到初始能量为80eV时储氢效果较好.     

填充氩后单壁碳纳米管的导热系数

采用平衡态分子动力学(EMD)模拟方法,计算了填充氩后的(10,10)型和(15,15)型的单壁碳纳米管分别在不同温度下的导热系数.研究了它们随温度的变化情况,并将其与相应的空的碳纳米管的导热系数进行比较,分析在相同温度下,充氩对碳纳米管导热系数的影响.模拟结果发现:在500~1 200 K的温度范围内,(10,10)型碳纳米管和(15,15)型碳纳米管在填充了氩后其导热系数值均随着温度的升高呈下降趋势,这与空的碳纳米管的导热系数随温度的变化关系相似;在相同温度下,这2种类型的碳纳米管在填充了氩后的导热系数值均比相应的空的碳纳米管的导热系数值明显高很多.     

单壁碳纳米管的拉伸变形和结构相关性

利用分子动力学方法研究了单壁碳纳米管拉伸变形行为，发现（8，8）～（22，22）单臂型碳纳米管和（9，0）～（29，0）锯齿型碳纳米管能在拉伸应变分别达到35％～38％和20％～27％的情况下仍处于弹性变形阶段，并从能量的角度解释了这一现象．分析了单壁碳纳米管管径和结构螺旋性对碳纳米管力学性质的影响．结果表明，碳纳米管的微观结构特征对其基本力学性质有着重要的影响．碳纳米管的杨氏模量在750-960GPa之间，并随着其半径的增加而减少；微观结构的影响使得锯齿形碳纳米管的模量高于单臂型碳纳米管．模拟结果显示，碳纳米管在拉伸过程中的结构变化特征不同于连续介质力学所描述的弹塑性断裂或脆性断裂．     

碳纳米管高温热形变的研究

使用分子动力学方法对单壁碳纳米管高温下的结构进行了计算机模拟 .对直径为 1.35nm、长度为 2 .34nm、拓扑结构为扶手椅形式 (10× 10 )的单壁碳纳米管进行了分子动力学模拟 ,模拟结果表明 ,碳纳米管开头端由于能量弛豫过程 ,直径比内部略大 ,在温度逐渐升高之后 ,构成纳米管的碳原子逐渐偏离晶格位置 ,碳纳米管至少在 30 0 0K之下结构是稳定的 .     

表面效应对碳纳米管中弯曲波波动特性的影响

基于广义梯度弹性梁理论研究表面效应对自由空间和弹性介质中碳纳米管(CNTs)波动性能的影响。碳纳米管采用同时考虑弯曲变形和剪切变形的剪切梁进行描述,弹性介质采用双参数Pasternak-type弹性基模拟。建立考虑表面效应的广义梯度弹性剪切梁控制方程,推导碳纳米管中弯曲波的色散关系式,并通过分子动力学模拟结果进行验证。探讨表面效应、尺度因子、弹性介质对碳纳米管中弯曲波相速度的影响。对于多壁碳纳米管(MWCNTs),研究波速与范德华力的相关性,讨论MWCNTs层数、表面效应、尺度因子和弹性参数对MWCNTs相速度的影响。研究结果表明:由所推导的色散关系式所得理论结果与分子动力学模拟结果较吻合,表现所推导的色散关系式理论模型能较好地表征碳纳米管弯曲特性。     

碳纳米管分子动力学模拟软件的开发

用分子动力学方法研究了碳纳米管的力学性质,开发了相应的模拟软件－分子动力学模拟软件包（Molecular Dynamics Simulator,MDSIM)。计算使用的原子间相互作用模型是Brenner势和改进的嵌入原子法（EAM）多体势,分子间相互作用模型是Lennard-Jones势。MDSIM软件包含碳纳米管分子动力学模拟所需的数据生成、模拟演化、数据处理和数据查看4个模块,具有较好的可移植性和可扩展性,适合对碳纳米管、C60、金刚石和石墨等材料进行分子动力学。MDSIM软件对扶手椅结构的单壁碳纳米管进行了模拟,结果表明其杨氏模量和拉伸强度大大高于传统的材料。     

受限在纳米水环境空间中的甲烷分子

运用分子动力学模拟方法,研究了甲烷与水受限在碳纳米管中的一些性质.计算机模拟发现水分子和甲烷径向密度的非均匀分布.根据径向密度分布情况,将碳纳米管中的甲烷与水分层,分别计算了甲烷分子与水分子的扩散系数和平均氢键数.模拟结果表明:受限在碳纳米管内部中的甲烷趋向在管壁积聚,但当甲烷浓度较高时,发现在碳纳米管中央有部分甲烷分子积聚.     

碳纳米管复合材料中镁基体裂纹尖端应力强度因子有限元分析

通过有限元软件ANSYS对碳纳米管增强镁基(AZ91D)复合材料镁基体裂纹尖端应力强度因子进行模拟,得出在裂纹长度和弹性模量不匹配下对基体裂纹尖端无量纲化的应力强度因子影响情况.进一步模拟了不同长径比碳纳米管对复合材料基体中裂纹尖端应力强度因子的影响.结果表明:当碳纳米管长径比较小时基体裂纹尖端应力强度因子随裂纹长度增长而增大,当碳纳米管长径比较大时基体裂纹尖端应力强度因子随着裂纹长度的变化呈现出减小的规律.     

有限厚混凝土靶内部爆炸震塌贯穿研究

设计了8种不同埋深的装药在混凝土靶内部爆炸,通过调整装药量,研究有限厚度混凝土靶背面的临界震塌条件.试验得到了一定装药条件下有限厚混凝土靶的临界震塌厚度和相应的临界装药量.通过量纲分析理论对试验数据进行了归一化处理,并得到了量纲一的临界震塌厚度与装药长径比(量纲一的装药量)之间的关系.分析表明,当装药密度和装药直径一定时,有限厚混凝土靶的临界震塌厚度随着装药量(装药长度)的增加而呈现非线性递增趋势;当装药长径比大于5时,临界震塌厚度的增加趋势明显减慢,一定装药直径下混凝土靶存在极限临界震塌厚度.     

SARS患者专用微型制氧机工艺参数实验研究

为了开发用于SARS病人的微型变压吸附制氧机,实验研究了吸附时间、反吹比、产品气量、吸附塔高径比以及吸附剂种类等工艺参数对微型变压吸附分离空气制氧装置的产品纯度和回收率的影响.实验结果表明:在变压吸附微型化条件下,最佳的吸附时间为12 s和反吹比为0.5;随着产品气流量的增加,产品气纯度下降,而回收率升高,在所要求的纯度下,回收率能达到19%;吸附剂的种类对变压吸附制氧过程有重要的影响;在微型化条件下,合适吸附塔的高径比为3.7～4.0之间.     

网络互穿结构的碳纳米管铜基复合材料研究

在碳纳米管为骨架的明胶复合弹性体的形成过程中预埋铜粉,并经过炭化、还原、真空烧结等热处理,制备了碳纳米管-铜基复合材料.扫描电镜(SEM)照片表明,碳纳米管与铜基形成了网络互穿的结构.摩擦学试验结果表明,随着碳纳米管的质量分数从0%增加到9%,复合材料的耐摩擦性能得到了很大的改善.     

预负荷系数对三油楔径向滑动轴承稳定性的影响

以三油楔径向滑动轴承为研究对象,采用M atlab语言进行编程,对二维R eyno lds方程离散化数值求解,探讨了预负荷系数对三油楔径向滑动轴承稳定性的影响。得出了三油楔径向滑动轴承稳定性在不同偏心率和宽径比下随轴承预负荷系数的变化而变化的一系列规律性曲线,并进行了理论分析。     

大长径比杆条对钢板高速斜侵彻过程及其应力波传播特性研究

利用非线性动力有限元分析程序,对大长径比杆条高速斜侵彻钢板的过程进行了数值模拟,分析了侵彻过程中重要物理量的变化情况,并探究了侵彻过程中应力波的传播特性,得到了一些符合实际的结果.     

选择性湿法刻蚀制备内嵌碳纳米管的沟槽结构

提出一种“自下而上”的纳米结构的制备方法。在生长有碳纳米管的氧化硅表面沉积数纳米的钯金属膜后, 用氢氟酸刻蚀, 得到完全由碳纳米管引导的沟槽结构, 并且碳纳米管沿沟槽分布在其底部。通过导电原子力显微镜对沟槽内的碳纳米管的表征, 发现其仍然具有良好的导电性。在碳纳米管和钯金属膜之间增加一层磁控溅射沉积的氧化硅, 可以增加沟槽的深宽比。通过降低钯金属膜的致密程度, 沟槽的开口宽度可降至100 nm左右。该方法制备的结构可以进一步用来构建基于碳纳米管的纳电子器件。     

实际机组低压转子-轴承系统非线性动力学

采用有限元法建立200MW汽轮发电机组低压段转子—轴承系统非线性动力学方程,采用固定界面模态综合法对其进行降维计算,使系统由原来的112个自由度降为现在的8个自由度,从而显著提高了数值计算分析的效率.采用Runge-Kutta法对降维后的系统进行多种计算,模拟了200MW汽轮发电机组低压段转子—轴承系统在固定转速下随各个结构参数变化时的动力学行为,主要分析了转子的润滑油黏度、偏心距、轴承长径比、和间隙比对系统前轴承失稳转速的影响.同时利用Flo- quet理论比较准确的分析了系统运动状态和分岔类型.     

岩石抗压强度与试件尺寸相关性试验研究

针对江苏宜兴抽水蓄能电站提供的石英砂岩、砂岩、灰岩岩石试样进行抗压强度特性试验研究．依据岩石单轴压缩试验结果,将灰色预测改进GM(1,1)模型与跳变灰过程理论耦合,建立了风干状态、自然状态、饱和状态下岩石的单轴抗压强度与试件高径比之间的非线性关系式,利用该关系式可以很方便地在相关岩土工程中为相似岩石估算其强度值提供参考、借鉴．     

CeO2/CNTs纳米复合粒子的制备及其催化性能

 采用液相化学沉积法制备CeO2/CNTs纳米复合粒子,考查了表面活性剂对产物形貌的影响,采用TEM、XRD、FT-IR等手段对产物的形貌和晶相结构进行表征。结果表明,在一定条件下,表面活性剂的“桥接”作用有效地改善了活性组分的负载,以十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂,以自制碳纳米管（CNTs）为载体,可以制备出负载均匀的CeO2/CNTs纳米复合粒子。探讨了活性组分CeO2在CNTs表面的负载机制,并在此基础上研究了所得样品在风化煤硝酸氧解制备腐植酸中的催化性能。催化结果表明,CeO2/CNTs纳米复合粒子的催化性能明显优于单纯的CeO2和CNTs的催化性能,能显著提高腐植酸的产率。     

异形预旋喷嘴流量系数的测量研究

在一个单独的静腔系统中对分别具有30?,25?,20?,15?预旋进气角度的预旋喷嘴面板进行实验研究。得到了预旋角度,长径比,进出气压比,扩张面积比对预旋喷嘴流量系数的影响,并分析了实验测量以及处理过程中的随机误差和系统误差。结果显示流量系数随着进出气压比的增加而线性增加,预旋孔进口扩张能有效提高流量系数,随机误差是影响实验结果的主要因素,系统误差则有可能使个别数据出现较大误差。