纳米压痕过程温度影响的分子动力学研究

建立了基于AFM的单晶铜薄膜纳米压痕过程的三维分子动力学模型,采用Morse势函数计算试件原子与压头原子之间,试件原子之间的相互作用关系.研究了不同温度的纳米压痕过翟中试件变形区域大小、系统能量变化.结果显示单晶铜薄膜的纳米压痕的力学机理是非晶态产生的变形.温度对纳米压痕过程有显著的影响.压痕过程中试件材料变形区域面积随着温度的增高而增加.不同温度下的系统势能-步长曲线的变化趋势基本相同,但是系统势能值随着温度的增加而减小.     

渐开线直齿轮齿根裂纹扩展模拟

利用自由度耦合方法建立了具有旋转自由度的齿轮接触模型，用以分析齿轮的应力应变场。采用奇异单元和等参单元混合分网的方式建立了齿根裂纹的有限元模型。基于ANSYS有限元软件平台，依据弹性断裂力学理论编制了齿根裂纹生长的自动分析程序。模拟了渐开线直齿轮齿根裂纹扩展过程，模拟结果与试验结果相吻合。     

单晶铜AFM加工过程的分子动力学模拟

建立了AFM针尖切削单晶铜的分子动力学模型。分别采用对势Morse势和多体势EAM势计算工件原子之间的相互作用,研究了不同势能函数对模拟结果的影响。发现两种不同势能函数作用下切屑和加工表面的形成的差别很小,但是用Morse势时系统的势能和牛顿层的温度比用EAM势时要大。用EAM势计算工件原子之间的相互作用,分析了不同切削深度下系统势能、工件单个原子势能的变化,发现随着切削深度的增加,系统势能增长的斜率增加,单个工件原子势能突变的梯度减小。     

三维裂纹扩展仿真

提出了一个基于有限元方法的自动三维裂纹扩展仿真系统模型。利用有限元计算的结果来自动更新裂纹前沿的尺寸和几何形状,并使用节点移动法来模拟裂纹的扩展过程。在扩展过程中将物体分成全局模型和局部模型,并仅对局部模型进行网格重划分,从而减少计算量。实验结果表明,本系统能够模拟沿任意路径的三维裂纹扩展过程。     

裂纹扩展仿真分析

扩展有限元法(XFEM)是一种在常规有限元的框架内仿真不连续问题的新型数值方法.首先给出了扩展有限元法仿真裂纹问题的基本原理,即采用Heaviside函数加强裂尖后面的裂纹,采用渐近裂尖位移场加强裂尖附近.接着给出了基于残值法的扩展有限元后验误差估计,算例表明可以通过后验误差估计确定优的裂尖加强范围.其次,给出了扩展有限元仿真裂纹扩展的过程.最后,仿真了单一裂纹扩展和多裂纹扩展.仿真结果表明,基于扩展有限元后验误差确定优的裂尖加强范围是可行的,采用扩展有限元仿真裂纹扩展是有效的.     

固体推进剂中的裂纹扩展起始的数值分析

研究了含有裂纹和星孔的复合固体推进剂正交板的断裂问题.基于有限元软件ABAQUS,将固体推进剂当作粘弹性材料,沿着试件的上下表面施加均布位移载荷,利用J-积分法对含硬颗粒的橡胶基复合固体推进剂进行了非线性大变形仿真计算,详细分析了裂尖附近的局部力学行为和裂纹成长行为.将应变能密度理论与应力分析的结果相耦合,预测了裂纹起始与裂尖到星孔距离之间的关系.     

基于温度变化与物理模型的飘雪场景模拟

关于自然现象中飘雪的模拟一直是计算机图形学中最具挑战的问题之一.对于飘雪场景的模拟可以大大提高虚拟场景的逼真效果.在基于粒子系统的基础上,引入用温度变化来控制雪花大小和密度的算法,使场景模拟效果的真实性大大提高.同时,在分析雪花物理运动规律的基础上,提出了雪花的运动方程.通过恰当选择粒子数目,可以达到真实性和实时性要求.     

太阳电池电极与铝背场烧结过程的数值模拟分析

在太阳电池的生产中,由于硅材料与各种电极浆料热膨胀系数不匹配,导致太阳电池在烧结过程中产生残余应力,严重影响到产品质量和成本。采用有限元法对电池电极烧结过程进行数值模拟研究,分析由于硅与电极热膨胀系数不匹配引起的弯曲问题以及电池片烧结过程中产生的残余应力分布情况。讨论了硅片层厚度和铝背场厚度对电池片弯曲度的影响,并对电池片在不同弯曲度下的应力状态进行了分析,对如何提高产品的成品率提出了改进措施。     

温度变化对摆式陀螺寻北精度的影响

为了分析温度变化对摆式陀螺寻北精度的影响,建立了陀螺悬带随温度变化影响寻北精度的数学模型,在高低温不同条件下进行了仿真实验。首先,根据热膨胀公式得出了悬带扭转系数随温度变化关系,由此建立了零位改正系数受温度变化影响的数学模型。然后,在悬带扭力零位不发生改变的前提下,分跟踪和不跟踪两种情形分析了陀螺寻北精度受到的影响。仿真结果表明,同样的温度变化下,扭力零位和摆动中心的夹角越小,精度受到的影响越小;当温度变化60 ℃、夹角为30′时,精度受到的影响最大可达15″,最小为5.3″。尽量减小扭力零位和摆动中心的夹角能有效地减小温度变化对精度的影响。     

串并联个数和温度对光伏电池结电容的影响研究

研究光伏电池的动态参数对设计光伏发电系统相应后级控制器至关重要.从分析光伏电池物理机理出发,推导出光伏电池单体/模组/阵列的结电容与偏置电压之间的较精确表达式;在提取模型中等效串联电阻和饱和电流的值的基础上,使用LambertW函数推导出偏置电压与输出电压之间的显式表达式;采用工程数学模型结合本征载流子浓度表达式推导了结电容与温度的较精确关系式;分别在不同串并联个数和温度下对结电容的影响做了仿真分析.仿真结果与部分文献的实验结果相吻合,验证了理论的正确性.     

纳米切削分子动力学仿真的研究进展

介绍了分子动力学的基本原理以及用于纳米加工的原子间相互作用势，从脆、塑性材料切削机理、刀具几何形状、刀具的磨损以及宏、微观切削机理之间关系等方面综述了目前国内外应用分子动力学研究纳米加工机理的现状，并指出目前研究存在的问题及改进措施，提出今后尚需进一步研究的问题。     

基于构件技术的三维分子动力学仿真软件的开发

根据分子动力学仿真应用开发环境的要求,提出了基于构件来设计分子动力学仿真软件的思想。然后,在VC 6.0编译环境下,使用CGLEnableView类构件开发了分子动力学仿真软件。此仿真软件严格遵守COM规范,可以作为构件为其它软件调用。此外,该仿真软件具有仿真过程中的实时三维显示功能,可实现旋转、缩放和平移等基本交互操作。并且还集成了数据输入、输出、图像存储和结果分析等功能。最后使用该软件对单晶铜的AFM针尖刻划实验进行了仿真。仿真结果表明,该基于构件的仿真软件可以稳定而可靠地解决分子动力学仿真方面的问题。     

城市群空间结构演进与经济增长耦合关系系统动力学仿真

通过构建城市群空间结构演进与经济增长耦合关系的系统动力学模型,借助Vensim平台与政策模拟方法研究了3种城市群空间结构演进与经济增长耦合关系模式,比较发现,城市群空间结构向位序-规模分形分布的演进模式最利于促进城市群经济长期增长。降低生产要素迁移障碍、增强基础设施建设与共享、提高城市间贸易强度、扩大政府支出等措施能促进城市群经济增长但会阻碍城市群空间结构优化;而扩大城市间地价差距、增强风险投资、提高教育投入、增强中心城市向周边城市知识溢出等措施能同时促进城市群经济增长和城市群空间结构优化。为了优化城市群空间结构演进与经济增长耦合关系,需要努力培育风险投资和构建有偏向知识溢出网络。     

高温氧化物晶体生长过程中温度场的数值模拟

报道了诸如Nd:YAG等的高温氧化物晶体在使用Cz(Czochralski)方法晶体生长过程中温度场的数值模拟研究。在计算温度场的过程中引入了有限差分法(FDM)。首先建立了高温氧化物晶体生长的数学模型,然后给出了无量纲方程,最后确定了边界条件,使用有限差分方法求解了方程,并在此基础上编制了仿真程序。应用上述仿真程序描述了晶体和熔体中温度场的变化情况,分析了工艺条件对晶体和熔体温度场变化的影响。     

网构软件信任机制的系统动力学模型研究

结合人际信任关系建立的基本原理,采用定性分析与定量分析相结合的方法,提出了网构软件信任机制的系统动力学模型,并基于系统动力学思想分析了影响网构软件信任水平的相关因素,建立了知识积累与信任评估的动力学方程。Vensim PLE仿真实验表明,网构软件信任系统动力学模型的建立有利于网络信任环境的分析,为系统仿真提供了有价值的新思路。     

基于汽车系统动力学的虚拟驾驶仿真模型研究

基于汽车系统动力学建立了一种包括发动机模型、传动系模型、离合器模型、制动系模型、汽车行驶速度模型、转向系模型的仿真模型.基于以上模型开发的汽车虚拟驾驶仿真系统可以准确地模拟汽车在起步、加速、转向以及制动等各种行驶工况的状态以及汽车的各种动力学响应.以上模型为汽车虚拟驾驶仿真系统提供了完整的汽车系统动力学模型,同时,该模型也可进一步应用于汽车的数字化设计,检验汽车的动力学性能.     

基于OpenGL的微观分子运动三维实时动画仿真系统设计和实现方法

研究了微观分子运动的仿真问题,提出了一种利用分子运动三维坐标数据得到分子运动三维动画仿真系统的设计和实现方法。首先给出系统的分子动力学数学模型、基于OpenGL的坐标变换模型及光照模型等,然后给出系统的数据处理、图形仿真和人机交互三个主要模块的设计和实现方法。最后使用该方法实现了一个液态金属分子运动的实时仿真系统。