PEM燃料电池膜电极中的水传输行为

为避免电池"水淹",PEM燃料电池发生电化学反应产生的多余水必须及时排出.基于阴极催化层(CL)与气体扩散层(GDL)之间极易发生的"水淹"特点,建立实验模型,分析阴极催化层产生的水穿透碳纸气体扩散层材料到达气体流道的路径与阻力.在纵向传输过程中,GDL中最大孔中的最小孔径是限制水渗透的主要阻力.只有当水头压力足够大时,水才能进入并且穿过这些限制孔径的孔到达GDL材料表面.对于碳纸GDL材料,水在这些孔中流动时所需压力(~1kPa)显著小于水初始穿透这些孔所需压力(~6kPa).增加微孔层(MPL)会明显增加液态水的穿透阻力,MPL层中不同Teflon含量对水渗透压力影响不大.对碳纸GDL材料设置引导孔能显著降低液态水的渗透压力,有助于提升燃料电池中的水管理能力.     

行人下肢高精度数值模型与损伤参数研究

为了深入研究汽车-行人碰撞过程中下肢的生物力学响应和损伤机理,基于人体解剖学结构建立了具有完整下肢组织结构和高仿生精度的成年男性行人下肢有限元模型.包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨等下肢骨骼以及皮肤、肌肉、韧带、关节囊、半月板等重要软组织.针对长骨骨干断面几何不均匀的特征,提出以CT断面影像数据为依据,建立以真实皮质骨内外表面为边界实现皮质骨断面厚度和形状连续变化的长骨数值模型,对不同建模方式进行了对比,采用两层实体单元模拟皮质骨以获得相对较高的计算精度和计算效率.通过模拟相关生物力学实验,获得了行人下肢各部位的损伤参数,分析了皮质骨厚度变化以及不同撞击方向对下肢损伤参数和损伤机理的影响.上述损伤参数的获得可为我国汽安全性设计提供参考.     

基于MCFT方钢管混凝土柱受剪承载力计算模型

为准确预测方钢管混凝土柱(square concrete filled steel tube,SCFST)受剪承载力,建立了基于修正压力场理论(modified compression field theory,MCFT)的SCFST受剪承载力计算模型.该模型通过力的平衡和变形协调考虑压弯剪耦合作用,结合对SCFST受剪承载力机制的分析,推导出了计算SCFST受剪承载力的一般公式.注意到SCFST在试验中出现了两种不同的剪切破坏模式,模型分别给出了相应的破坏判别条件.利用SCFST受剪承载力计算模型对收集到的17根试件进行计算,所得结果与试验值吻合较好.研究发现,SCFST受剪承载力计算模型不仅可以计算SCFST在压弯剪共同作用下的受剪承载力,而且可以对SCFST的破坏模式进行判断,结果可信,可用于SCFST受剪承载力计算.     

具损伤压电层合微梁的坍塌特性研究

以压电层合微梁为研究对象,基于连续介质力学理论和Euler-Bernoulli梁理论,在考虑其尺寸效应和损伤效应的情况下,推导了具损伤压电层合微梁的非线性动力控制方程.采用伽辽金法和龙格库塔法进行求解,分析了多种参数对微梁结构坍塌特性的影响.结果表明,考虑几何非线性项使得损伤微梁具有更高的坍塌阈值电压;控制电压、微梁长度等参数的变化均对损伤微梁的坍塌阈值电压造成影响.最后,采用有限元软件进行仿真模拟计算,验证了理论计算结果的合理性.本文所得结论对微机电系统压电层合微梁结构的设计具有理论指导意义.     

CFRP布包镶加固底部糟朽木柱轴压试验

为探讨适用于糟朽柱根的有效加固方法,提出了采取CFRP布代替铁箍来包镶加固古建木柱柱根的方法.制作了6个模型,其中部分模型考虑柱根糟朽,并采用CFRP布进行包镶加固.采取静力加载试验方法,研究了CFRP布包镶加固前后木柱的轴压受力性能.基于试验结果,获得了木柱的力-变形曲线、力-应变曲线、极限承载力及延性性能,讨论了CFRP布包镶层数对加固效果的影响.结果表明,采用CFRP布包镶加固柱根后,木柱极限承载力可恢复81.4%~92.4%左右,延性性能恢复87.3%~95.8%左右,水平及竖向峰值压应变均有不同程度提高.当CFRP布包镶层数为3层时,木柱柱根加固效果最明显,但加固后的木柱承载性能略低于完好木柱.     

三轴数控平面磨床几何精度分析与稳健设计

为了经济合理地分配三轴数控平面磨床零部件几何精度,提出了一种几何精度分析设计的方法.针对磨床具体结构,基于多体系统理论和齐次坐标变换方法,建立了磨床几何误差传递模型,并通过试验验证了该模型具有理想的预测性能;根据误差传递模型,运用正交试验设计和参数试验的试验设计方法分析识别了影响磨床加工精度的11项关键几何误差因素;基于稳健设计理论,在成本分析和误差溯源基础上,建立了11项关键几何误差因素下的磨床成本-质量模型,并运用该模型对关键几何误差因素的公差进行了稳健设计.研究结果表明:上述方法能实现对磨床几何精度的经济合理的分配.     

孔轴配合的精度预测与公差优化设计

以圆柱形孔轴配合的结合面为研究对象,研究了新一代GPS标准体系下多公差项的孔轴配合实际误差模型.以圆柱度为例,结合GPS标准中圆柱面形状误差的评定方法,采用蒙特卡洛法模拟误差的随机性,建立了孔轴圆柱面体外拟合尺寸实际变动区间求解模型,并分析实际误差对配合性质的影响.分析了包括方向公差(或位置公差)在内的三类公差耦合作用下孔轴结合面误差的形成机理,建立了不同配合性质下的圆柱形孔轴结合面的实际误差模型,获得了结合面误差分量的实际变动区间以及实际的配合性质.实现了在设计阶段对孔轴实际装配精度的预测.以实际的孔轴结合面精度与配合性质要求为约束,孔轴加工成本为目标,进行了孔轴零件的公差优化设计.最后以一孔轴配合的装配误差分析与公差优化为例,验证了该方法的可行性与实用性.     

固化湖泊淤泥烧结砖的性能与微结构

以固化湖泊淤泥为主要原材料,采用真空挤压塑性成型技术制备并经烧结得到小样砖.对原材料进行理化性能分析发现,少量固化剂的加入并未明显改变淤泥的塑性指数、氧化物组成、矿物组成等,但对成型性能有一定的影响.测试并比较了湖泊淤泥、固化湖泊淤泥实验室小样砖坯体的干燥线性收缩、烧结后小样砖的体积密度、吸水率、强度、导热系数、抗冻性等.研究发现,当固化淤泥掺量为90%,煤渣掺量为10%时,可制备出坯体干燥线性收缩为5.42%,成品吸水率为18.2%,强度为15.8 MPa的小样砖,其综合性能较未经固化处理的湖泊淤泥烧结小样砖略差.采用SEM和MIP等测试手段对其微结构进行研究,结果表明,固化淤泥烧结小样砖与相同煤渣掺量的湖泊淤泥烧结小样砖相比,其微观结构更为疏松,未被玻璃相包裹的颗粒及未被填充的孔隙更多,孔隙率较大是导致其强度较低、吸水率较高的主要原因,但同时,其导热系数略低.2种烧结小样砖均具有好的抗冻性.     

新型UHPC连续箱梁桥的体外预应力锚固构造形式研究

针对新型UHPC连续箱梁桥的结构特点及预应力体系布置,对其腹板处体外预应力下折索进行齿块锚固研究.对独立矩形齿块进行应力分析,揭示板厚对锚固区壁板外侧"局部弯曲效应"的影响.通过拓扑优化分析构建出一个揭示齿块锚固区传力机理的简化平面杆系模型,提出两种齿块锚固区局部加强的方法.在此基础上,对UHPC箱梁桥的腹板体外预应力锚固齿块进行构造设计,对比6种不同锚固方案,分析横隔板、预应力筋齿块内转向和锚固长度对锚固区受力的影响,最终得出较为合理的体外预应力齿块锚固构造形式.     

预制RPC柱降低大跨PC刚构桥跨中长期下挠分析

为解决大跨PC刚构桥跨中长期过度下挠的问题,提出了在刚构桥负弯矩区箱梁底板、跨中顶板加入预制RPC(活性粉末混凝土)柱形成局部RPC-NC(普通混凝土)复合截面的方法.对RPC-NC复合截面柱进行有限元分析,探讨了RPC对减小复合截面柱收缩徐变效应的作用以及RPC与NC间应力重分布规律,同时分析了剪力键受力性能.提出预制RPC柱应用于实桥的设计方案,并通过有限元对比分析加入预制RPC柱对全桥应力、跨中下挠等的影响.结果表明,加入预制RPC柱能明显降低负弯矩区结构转角和RPC附近NC的压应力,使结构成桥后的跨中长期下挠减小53.9%.