金属材料疲劳性能的数值模拟

金属广泛地用于生产生活中,所以金属的疲劳也渐渐被人们关注.采用有限元软件(Fatigue)对金属材料在不同轴向栽荷条件下进行疲劳性能模拟并进行了分析,分析表明,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小,且拉应力更容易产生疲劳破坏;在交变载荷平均应力一定的情况下,随着应力幅值的增加,疲劳寿命逐渐减小.     

空间实体单元模型计算在石拱桥承载能力检测试验中的应用

目前,国内外桥梁计算设计软件大部分采用梁单元建模.近年来,空间梁格法应用较普遍.梁单元对于大部分梁桥分析比较简单适用,但对于石拱桥分析就不那么适用了.桥梁计算分析中最关注的是结构横向刚度大小和荷载横向分布的问题,空间实体单元模型能很好地解决这类问题.以石拱桥承载能力检测试验为工程背景,介绍了空间实体单元建模在检测方案设计和静、动载试验计算中的应用,并分析对比了实体单元建模计算结果、梁单元建模计算结果以及试验实测结果.     

考虑复杂机架柔性的并联构型装备刚度半解析建模方法

刚度建模是并联构型装备(PKM)设计的重要内容. 以5自由度混联机器人TriVariant-B为例, 提出了一种考虑复杂机架柔性的并联构型装备整机静刚度半解析建模方法. 该方法借助子结构综合思想, 将整机结构分解为机构和机架两个子系统, 分别采用解析法和有限元静态凝聚技术建立两者的刚度模型, 继而根据线性叠加原理构造整机刚度模型. 在建模过程中, 利用虚功原理和全变形雅可比矩阵构造出各子系统的刚度矩阵, 并侧重研究约束支链弯曲刚度及机架/机构界面刚度处理问题. 在此基础上, 考察整机系统刚度在任务空间中的分布规律, 借助全域性能指标评价各子系统中主要构件弹性对整机刚度的影响, 并通过有限元和实验验证了该方法的有效性     

1144型铁基超导材料的研究现状及展望

以122型为代表的铁基超导体在临界电流密度、上临界场以及各向异性方面具有较大的优势,引发了新一轮研究热潮.目前,虽然122型线带材的性能已达到实用化水平,但该体系仍存超导相非均匀分布等问题,限制了其载流性能的提升.新发现的具有化学计量比的1144型超导材料具有更好的均匀性、独特的钉扎特性以及更高的载流性能,使其适合于高场应用.本文简述了1144材料的结构和超导特性,并详细分析了单晶、多晶及超导线带材制备工艺的优化,以及性能提升的方法.同时,为提高1144型铁基超导线带材的临界电流密度,讨论了改善晶粒连接性和超导相纯度的途径.     

金属材料疲劳性能的数值模拟

金属广泛地用于生产生活中,所以金属的疲劳也渐渐被人们关注。采用有限元软件(Fatigue)对金属材料在不同轴向载荷条件下进行疲劳性能模拟并进行了分析,分析表明,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小,且拉应力更容易产生疲劳破坏;在交变载荷平均应力一定的情况下,随着应力幅值的增加,疲劳寿命逐渐减小。     

十字排列椭圆孔声子晶体板的双通道滤波

采用有限元方法对二维十字排列椭圆孔周期结构的带隙及传输特性进行了研究,发现此类结构具有较宽的带隙范围.基于该研究,构造了由3种不同尺寸代表性单元组成的双通道波导结构,并通过有限元建模计算,分析了该结构的双通道滤波性能.根据理论计算模型设计制作了亚克力材料的双通道声子晶体薄板,并进行传输特性测试,实验数据验证了仿真结果的准确性.研究结果表明,通过调节3种代表性单元的尺寸,改变声子晶体的带隙分布,可以实现不同频率弹性波在双通道结构中的定向传输.     

三维后体/尾喷管一体化构型优化设计及性能分析

针对高超声速飞行器后体/尾喷管一体化构型,以飞行马赫数6.5,飞行高度25km为设计条件,综合使用二维型线优化和三维关键参数优化,对构型的升/推力性能进行了优化设计.首先基于二维型线,采用三次B样条曲线对上膨胀面型线进行参数化,计算流体动力学(CFD)进行性能评估,序列二次规划(SQP)方法作为优化方法,建立了优化设计流程,在优化迭代中利用局部网格重构技术提高计算效率.在二维优化的基础上设计了三维后体/尾喷管一体化构型,获得了下膨胀面/后体长度比l/L、下膨胀面倾角ω、出口高度/后体长度比H/L及等关键参数对一体化构型升力、推力等性能参数的影响规律.研究发现在此条件下,当l/L=1/6,H/L=0.35,ω=10°时,后体/尾喷管一体化构型的综合性能最优.此外,加装侧板可以有效防止侧向的高压泄露,有助于提升飞行器的升力和推力性能.     

太赫兹微测辐射热计的设计、仿真与制备

为提高太赫兹(THz)微测辐射热计的探测灵敏度,优化设计探测单元的微桥结构:增加10nm的镍铬(NiCr)金属薄膜用作THz辐射吸收层并增大探测单元面积.采用IntelliSuite软件建立不同单元尺寸、不同桥腿宽度的微桥结构的有限元分析模型,进行力学与热学仿真.力学仿真表明,增大探测单元面积,形变明显增加;增大桥腿宽度可以小幅改善形变.热学仿真表明,通过增大探测单元面积或减小桥腿宽度可以提升桥面温升.制备出基于不同探测单元结构的THz微测辐射热计焦平面阵列,探测单元的实际形变情况与仿真结果基本相符.单元面积75?m×75?m,桥腿宽度1.3?m的微桥结构具有较好的力学与热学性能,适合用作THz微测辐射热计的探测单元结构.     

柔性电子卷到卷制造收卷内应力研究综述

卷到卷制造是通过柔性基板成卷连续加工的制造技术,充分利用了柔性电子可变形特性,是实现柔性电子大面积、规模化制造的最有效技术途径之一.收卷单元是卷到卷连续制造系统的必要组成,其内应力控制是影响柔性电子成品质量与生产效率的关键因素.本文详细介绍了柔性基板卷绕收卷内应力研究概况,重点综述了基于叠加原理的弹性力学方法、开尔文模型的拉普拉斯变换方法、松弛半径概念的离散建模方法和有限元方法等建立的收卷内应力研究模型;讨论了收卷速度造成的惯性力变化、基板厚度不均及弹性变形、环境温度与卷绕基板各层间卷入空气夹层、以及收卷单元压辊与气胀轴结构因素对收卷内应力的影响;分析了常用锥张力、恒张力等收卷内应力控制方法,并介绍了柔性RFID标签、燃料电池膜电极和柔性OLED等代表性柔性电子卷到卷制造系统中收卷内应力控制工程应用;最后提出了柔性电子卷到卷制造系统中收卷内应力进一步研究的关键问题:非均匀非等厚基板引起周向应力分布变化和层间接触不连续,并展望了收卷内应力研究方向.     

Ti/N粒子沉积能量对氮化钛薄膜表面层微结构的影响

用直流(d.c)反应磁控溅射沉积技术、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜成像(TEM)微结构分析方法, 研究了氮化钛薄膜表面层固态结构随凝聚增原子能量的变化情况. 发现沿(111)和(002)晶面方向择优生长的TiN_x层的点阵参数(a₀)与衍射峰半高宽(FWHM)的变化和载能束引起薄膜微观相成分、晶面内压应力、晶粒尺寸和结构缺陷密度紧密相关. 在新的理论框架下, 分别计算了氮化钛薄膜表面上每个凝聚原子的有效迁移, 薄膜表面达到最小能量状态时每个凝聚原子应该获得的平均能. 实验观察的结果在理论分析中得到了定量解释.     

具有抗艾滋病毒活性的多肽T22([T2,12yr,L7 ys]-Polyphemusin Ⅱ )骨架构象模拟

用势能平滑搜索方法,在平滑修饰的势能面上对具有抗艾滋病毒HTV-1活性的肽T22([T5,12yr,T7yr]-Polyphemusin Ⅱ )骨架结构进行了全程搜索,得到该分子骨架结构在修饰势能面上的分子构象全集.用多构象优化方法,选择较适用于肽OPLS力场,采用GB/SA水溶剂模型,优化上述构象集,得到T22骨架结构在水溶液中优势构象集.结果表明势能平滑搜索与多构象优化相结合的构象分析方法是解决含有环结构的柔性分子构象分析中多重最小问题的有效方法.     

高超声速空气动力学研究进展与趋势

高超声速空气动力学是空气动力学研究的前沿,它随着现代高超声速飞行器的发展需求而发展.未来高超声速空气动力学的发展趋势可大致概括为:重视物理建模、预测的精细化;重视实用的高性能计算、海量信息的提取和理解;重视飞行器与流动的非定常、非线性的耦合运动及控制研究;重视多目标/多学科优化设计、发展新的交缘学科.建议学科重点发展方向为:高温气体、化学非平衡效应与材料耦合响应的物理建模;临近空间飞行器跨流域复杂非平衡绕流问题的数值模拟;高速飞行器动稳定性与控制;实用高性能计算方法与海量信息的提取;气动数据不确定度与多目标优化;多物理场耦合、多尺度数值模拟方法.     

高速半导体激光器组件的综合优化设计

高速半导体激光器组件的综合优化设计需要全面考虑激光器组件封装过程中的各种因素. 在研究高速光电子器件的频响测试、建模分析和寄生补偿等技术的基础上, 提出了一种高速半导体激光器组件的综合优化设计方法, 并进行了半导体激光器的TO封装和优化实验, 封装后组件的带宽达到10 GHz, 并且改善了带内平坦度和相频线性度等特性, 验证了该方法的可行性.     

基于统计建模的可训练单元挑选语音合成方法

提出了一种基于统计建模的可训练单元挑选语音合成方法. 在模型训练阶段, 提取训练语料库中的多种声学参数并训练各自对应的统计模型; 在合成阶段, 基于统计模型的最大似然准则实现语料库中最优备选单元序列的挑选; 最终通过波形拼接输出合成语音. 实验结果表明, 该方法可以有效改善传统单元挑选与波形拼接语音合成方法在系统构建自动化程度低、对专家知识依赖性强、以及合成效果稳定性不足等方面的问题. 此外, 针对单元挑选语音合成的特点,提出了一种新的最小单元挑选错误准则, 采用区分性模型训练方法进行模型参数的更新, 实现了系统构建的全自动化, 并进一步提高了合成语音的自然度.     

ZrO2掺杂YBa2Cu3O7-δ超导薄膜的磁通钉扎

YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)超导薄膜的临界电流密度J_c会因为外磁场的增大而衰减.为了抑制这一现象,有必要引入人工钉扎中心.预制纳米晶能够实现对异质相大小和形状的预先调控,是一种非常高效的人工钉扎手段,能有效解决传统元素掺杂引起的尺寸和团聚问题.本文利用水热法可控地制备出两种尺寸小于10 nm的点状和棒状ZrO₂纳米晶,并采用葡萄糖酸对其表面进行修饰,实现它们在YBCO前驱液中的均匀单分散.单分散ZrO₂纳米晶的掺杂明显地提高了YBCO薄膜的低温磁通钉扎效果和在场临界载流性能,但是纳米晶掺杂量过多,又会因为生成BaZrO₃(BZO)而消耗过多Ba源,致使YBCO薄膜超导性能下降.另外,掺杂5%的点状ZrO₂纳米晶比棒状纳米晶对超导性能提升更优.     

微尺度下台阶结构对气泡的约束作用及临界失效体积

利用微气泡的特殊性能的微流体器件因其独特的优势而受到越来越多的关注,其中很多情况下,器件功能的实现要求气泡必须被约束住从而可控地生长或收缩.表面张力是微尺度下一种造成气泡偏移的重要因素,对台阶结构阻碍气泡因表面张力而发生偏移的作用进行了研究.制作了底部布置有电极的台阶试件,并进行了水中电解的实验,观察了微气泡的生长过程.实验观察证实了台阶的约束效果,同时也发现了约束失效的现象.在数值模拟和分析的基础上提出了台阶约束的临界失效体积,并针对二维气泡模型给出了临界体积的解析解.使用台阶结构可以通过设计合理的台阶高度来简便地实现对所需体积的气泡的约束.     

太阳平板空气集热器的优化设计变量确定简析

简析太阳平板空气集热器优化设计的设计变量确定.列出并分析空气集热器的几何、物性与流动三类参数,给出优化设计变量选择的一些具体分析.基于平板集热器的结构组成与工作过程,由设计制造关系、设计过程、设计计算等角度讨论设计量、设计变量、优化设计变量等层次的变量关系及设计变量选择,并讨论了系统连接、设计方法、优化算法等方面对优化设计变量选择的影响.     

破坏机理的认识对金属疲劳

金属疲劳问题的研究已有一百多年的历史,但至今尚无一个可靠的、精确的理论,以解释金属疲劳过程的各种现象和本质.在疲劳过程中出现的现象和主要问题有:在循环载荷作用下,何以应力远低于     

土钉支护综述

近年来,土钉技术在深基坑和边坡稳定中的应用日益广泛.文章对土钉墙支护的工作性能、特点及存在的问题进行了详细的阐述.     

质子交换膜燃料电池中微纳输运过程的数值研究进展

质子交换膜燃料电池是氢能利用的典型装置.在燃料电池的多尺度空间内发生着复杂的相变多相流、传热传质、电子质子传导、电化学反应等物理化学过程.上述过程对电池的性能、寿命及成本影响显著.近年来,随着先进实验手段、数值方法和计算资源的不断发展,研究者基于微纳米尺度研究燃料电池中发生的复杂多场耦合输运过程,不断发现新的微纳输运过程特征及耦合机制.本文回顾了近年来针对燃料电池关键组件(包括催化层、气体扩散层和气体通道)中发生的多场耦合输运过程的微纳尺度数值仿真工作.针对催化层,主要介绍了孔尺度数值仿真在预测有效传输系数、揭示传质阻力机理、查明微纳结构对反应输运过程影响方面的进展.针对扩散层,重点介绍了孔尺度仿真在研究扩散层气液两相流动及查明结构和润湿特性对液态水运动和分布影响的工作,还讨论了气体扩散层薄层多孔介质输运特性及典型代表单元是否成立.针对气体通道,着重介绍了通道中液态水运动及其对传质反应的影响.此外,还讨论了各组件跨尺度界面行为特性.最后,对采用微纳尺度数值方法研究燃料电池内多场耦合输运过程进行了总结和展望.