压电介质机电耦合裂尖场的杂交元数值分析

为分析压电介质的断裂问题建立了一种适用于机电耦合分析的优化杂交有限元模型－压电Ｐ－Ｓ元,通过对耦合裂尖场的数值计算,再现了解的１／√ｒ奇异性,所得结果校验了理论解。为探讨这类耦合断裂的机制提供了数值依据。     

工程固体电介质绝缘击穿研究现状及发展趋势

绝缘击穿是高性能工程电介质材料发展的关键基础科学问题.顺应第三代电网的发展要求,超/特高压交直流电力设备、智能电网、电力物联网和极端条件下电力设备的需求对工程电介质的击穿性能提出了更高的要求.本文综述了工程电介质材料击穿的研究现状,围绕电介质击穿和理论机理、性能演变规律、性能改善提升、新型高性能纳米复合电介质和聚合物微观分子设计/调控等内容展开论述.首先,基于电介质击穿和劣化的时空层次关系,论述了强场空间电荷击穿以及能量累计效应,拓展了电、热、电-机械击穿理论.其次,阐述了电介质击穿特性以及统计分析规律,分析了聚合物电介质本征击穿场强与温度、电压形式、空间电荷积聚和试样厚度的关系.再次,论述了高性能电介质材料的击穿特性以及性能调控方法;阐释了纳米复合电介质的研究现状和界面区作用机理,分析了聚合物微观分子设计的调控方法,以及对击穿的改性作用.最后,结合未来电力设备的发展需求,总结了高击穿性能电介质的关键问题和发展趋势,为新能源电力系统中工程电介质的发展提供依据和思路.     

基于电磁Hopkinson杆的无机玻璃动态力学性能测试技术

无机玻璃作为典型的脆性材料,其失效应变极小,因而对其进行动态力学性能测试一直是冲击动力学和实验力学领域的难点问题.本文提出一种全新的实验技术——电磁分离式Hopkinson压杆(electromagnetic split Hopkinson pressure bar, ESHPB)来解决这一难题,并利用钠钙硅酸盐玻璃进行了验证.实验结果表明,与单向冲击加载相比,采用双向对称ESHPB能够使玻璃试样更快地实现应力平衡和恒应变率变形,从而获得更为精确有效的动态力学性能数据.通过与准静态实验结果的对比发现,该种玻璃材料在冲击载荷下压缩强度显著增大,呈现出很强的应变率效应.此外,本文还利用超高速相机原位实时观测了玻璃试样的变形和破坏过程.变形图像表明,当裂纹不断成核、扩展并汇聚至充满整个试样时,试样完全失去载荷承受能力.     

压电材料的裂尖对数奇异性

对于各向异性体平面问题,其裂尖奇异性的研究常采用Lekniskii公式和Stroh公式,如弹性材料和压电材料.与已有文献所得结果不同的是,本文报道了压电介质中的裂尖对数奇异性.对于一均匀各向异性压电介质中的半无限长裂纹,研究表明,当r趋于0时(r为裂尖至考察点的距离),其裂尖奇异性为r~(-1/2),或为r~(-1/2)Inr,r~(-1/2)In~2r和r~(-1/2)In~3r,这取决于边界齐次方程根的重数及重根性质.     

动态系统的混合单调分解及应用

引入动态系统的混合单调分解概念 ,基本思想是利用系统结构中固有的增长与衰减机制将系统动力学分解 ,由此构造一个增广的动态系统作为原来系统的双边比较系统 .相应的双边比较定理表明该比较系统的解规定了原系统解的上下界 ,因而可以通过双边比较系统了解原系统的性质 .与通常的向量比较方法相比 ,混合单调分解方法能自然地利用动态系统的结构特性 ,不必要求系统具有严格的 (拟 )单调性 ,能给出系统状态更为细致的非对称估计 ,可直接用于本质上具有非对称状态约束的问题 .作为应用 ,文中对于具有非对称状态饱和非线性的系统 ,建立了其平凡解全局渐近稳定的充分条件 .此条件完全由系统的参数和状态饱和阈值给出 ,并包含了文献中关于对称状态饱和系统平凡解全局稳定性的一个新近结果     

动态系统的混合单调分解及应用

引入动态系统的混合单调分解概念 ,基本思想是利用系统结构中固有的增长与衰减机制将系统动力学分解 ,由此构造一个增广的动态系统作为原来系统的双边比较系统 .相应的双边比较定理表明该比较系统的解规定了原系统解的上下界 ,因而可以通过双边比较系统了解原系统的性质 .与通常的向量比较方法相比 ,混合单调分解方法能自然地利用动态系统的结构特性 ,不必要求系统具有严格的 (拟 )单调性 ,能给出系统状态更为细致的非对称估计 ,可直接用于本质上具有非对称状态约束的问题 .作为应用 ,文中对于具有非对称状态饱和非线性的系统 ,建立了其平凡解全局渐近稳定的充分条件 .此条件完全由系统的参数和状态饱和阈值给出 ,并包含了文献中关于对称状态饱和系统平凡解全局稳定性的一个新近结果     

补偿列紧理论应用途径的研究

补偿列紧理论在偏微分方程中应用的研究已经取得了许多重要的结果,但就我们所知,主要有两种应用途径:一种是Tartar的Young测度静态结构分析法,另一种则是Diperna的Young测度动态行为分析法。在这两种方法中都用到了Young测度表示弱极限定理。最终目的是证明由逼近解序列所唯一确定的Young测度族均为Dirac测度。但这些方法都有它的间接性,本文给出一条直接的应用途径来证明单个守恒律的柯西问题的逼近解序列的收敛性,也就是问题     

单个DNA分子光敏断裂过程的观察

利用荧光显微镜和冷却CCD记录单个拉直的lDNA分子在光照下逐渐断裂的动态过程. lDNA分子经高效的YOYO-1染料染色后, 用分子梳技术拉直, 并使DNA链的若干局部点固定在APS修饰的玻片上. 在蓝光的照射下, 观察lDNA的断裂和断裂后的弹性回缩过程. 结果表明, DNA构象的变化以及水分子的作用, 有可能使DNA在光照的作用下更加容易断裂. 此技术将在研究DNA弹性、DNA与染料相互作用以及肿瘤治疗中起一定的作用.     

土冻结动态温度场计算公式

1890年维也纳数学家Stefan首次用共轭变量法解出了含相变一维初值问题的动态解,开创了寒区冻土热动力学的研究;1973年苏联数学物理学家用变量交换求得了Aτ~(1/2)+Bτ类型边值问题的解析解,成为在动态边值条件下求解冻土温度场的里程碑;1981年美国Luandini用小参数法对更接近实际的Asinωt类型的动态边值问题进行了求解。本文亦用小参数法,求得了与天然上边界条件基本符合的动边界值(?)+Asinωt条     

黄土区土壤水分有效性的动力学模式

以往的土壤水分有效性研究大多采用静态描述,然而用静态的概念来描述处于土壤-植物-大气连统体(SPAC)中的动态水流已失去物理意义。近年来,随着人们对SPAC中水分相互关系的深入认识,水分有效性的研究已涉及到植物根系吸水速率。本文将在植物根系吸水定量描述的基础上来建立土壤水分有效性模式。显然,探讨水分有效性的动力学模式有助于了解生态系统中土壤水分的动态功能和加强其水分管理。     

金属聚四氟乙烯

高压下绝缘体转变成导体的研究,不仅可以进一步推动固体物理、地球物理和天体物理的发展,而且还为人们获得特殊性能的材料开辟了一条新的途径.本工作,在静态高压下,通过电阻测量,第一次观测到了聚四氟乙烯由绝缘体转变成金属.我们采用的高压装置是无封垫对顶压砧型容器.压砧的材料为碳化钨.上压砧为锥形压砧,它的顶尖是一个直径很小的圆平面,直径一般为0.2mm左右.下压砧为平面压砧.外力是通过一个微型压机来施加的.     

微纳光电转换体系中不均匀性对电荷转移的影响

光电转换过程中的电荷转移机理研究对于理解诸如自然光合作用系统和染料敏化光伏等复杂光电转换体系中的各种光物理过程起着非常重要的作用.由于这些物理机制通常都深藏于所研究目标材料与周围环境的各种精细的相互作用之中,如果能把实验上观测到的各种电荷转移动力学中的普遍性总结出来,那对光物理过程的研究来说将是非常有益和必要的.本文将根据我们之前的相关工作,回顾在复杂光电转换系统中与电荷转移有关的发展历史,介绍与系统不均匀性有关的理论模型.最后,详细讨论动态及静态不均匀分布模型在自然光合作用体系及染料敏化体系中初始电子转移过程的应用.     

应用核磁共振波谱技术研究蛋白质相互作用

从结构生物学角度研究蛋白质与蛋白质相互作用十分重要. 核磁共振波谱技术是目前结构生物学的主要研究方法之一, 该方法具有其他技术所不可替代的重要作用. 核磁共振波谱技术可以在接近生理条件下研究蛋白质相互作用, 特别适合研究瞬时存在的动态复合物. 该技术是少数几种能够提供无结构或有部分结构的蛋白质以及蛋白质折叠过程等多方面信息的方法. 核磁共振波谱技术还可以在多种时间尺度下提供蛋白质的动力学信息. 本文以中国科学技术大学生物核磁共振波谱实验室的研究实例对上述观点进行阐述.     

大幅Langmuir Soliton及其Liapunov稳定性

迄今为止,等离子体中的Soliton问题的研究,大部分是在弱非线性理论基础上进行的,例如文献[1,2]只考虑二阶高频场作用。文献[3,4]虽然讨论了强非线性和四阶高频场作用,但未给出这种情形下的孤立子解的形式。本文目的是求解四阶高频场作用的Langmuir波拍     

高压脉冲放电脱除NOx的反应机理实验研究

用低温等离子体法脱除燃煤发电厂排烟中SO_2和NO_x已被广泛研究。其中低温等离子体由电子束辐射、高压脉冲放电及电介质层放电等手段产生。电子束法脱除NO_x及SO_2的反应机理研究开始于70年代,80年代末已有了复杂的动力学模型。80年代中期以后人们逐渐开始脉冲电晕放电及电介质层放电脱硫脱硝机理的理论研究工作。由于脉冲电晕放电现象本身的复杂性,该方法脱硫脱硝的动力学研究结果与大量的实     

肌梭传入神经主动突触后反应的动力系统-Markov模型

运动神经元是骨骼肌运行的控制单元, 而肌梭等感受器的传入神经对运动神经元的动态变频反馈是其闭环调控的物理基础. 以肌梭的传入神经突触为对象, 建立了从突触前刺激到突触后反应的动力系统-Markov模型, 并通过将理论结果与相关实验数据进行对比, 进一步验证了模型的正确性. 为描述树突膜的主动传递特性, 本文摒弃了传统的被动电缆理论(passive cable theory), 采用动力系统方法, 并明确了相关参数的物理意义; 而对于突触后电流的动态行为, 则引入了简化的Markov模型, 从而给出了突触后受体开放动力学的解析解. 本文的模型可对胞膜通道密度的实际不均匀性进行模拟, 适用于针对神经元的复杂有限元分析, 进而为运动神经元变频反馈与调控机制的探索奠定了基础.     

离散位错动力学算法及其在材料塑性行为模拟中的应用

晶体材料的塑性变形由位错的运动演化而引起.离散位错动力学(discrete dislocation dynamics, DDD)通过直接模拟大量位错的演化而研究材料的塑性变形,因此能够揭示材料微结构-位错微结构-塑性力学行为之间内在的物理关联,并能够自然而然地捕捉塑性变形微米/亚微米特征尺度下本征的尺度效应.它所能模拟的尺度介于微观分子动力学模拟和宏观有限元模拟之间,在多尺度算法中起到承上启下的作用.本文首先系统地发展、完善和丰富了离散位错动力学-有限元(finite element method, FEM)叠加算法、DDD-FEM直接耦合算法(discrete-continuous method, DCM)以及离散位错动力学-扩展有限元(extended finite element method, XFEM)耦合算法等框架体系.在此基础上,利用这些方法对单晶镍基高温合金的塑性变形机理、晶体材料的断裂和损伤变形行为以及塑性行为的微尺度和微结构效应3个方面开展了系统的研究.所得模拟结果指导了基于微结构和位错机制的单晶镍基高温合金晶体塑性本构模型的建立,丰富和加深了人们对材料强化、循环塑性、断裂、损伤、尺度效应和微结构效应的认识.此外,离散位错动力学可进一步应用于诸如高温、高压、高应变率、化学腐蚀环境、高辐照等极端条件下晶体材料塑性行为的研究,是材料力学行为多尺度模拟研究中的重要一环.     

一维不定常生物传热方程的解析解

王补宣院士等导出了新的生物多孔体传热基本方程,这对此方程在常系数条件下的定常一维形式给出了解析形式通解,并与实验数据进行了初步比较验证.本文则将给出此方程的一维形式在不定常情况下的一个解析特解,以扩大对此基本方程的了解.这种特解还是有其基础理论价值的:它除了给出方程所表达的一种可能物理图景外,还可以用为检验各种数值解的标准解,也可以利用它来研究数值求解方法.例如作者以前给出的能模拟叶轮机械三维内流     

Weitzenbock时空的挠率奇性

在时空平移群的基础上,Hayashi在Weitzenbock时空建立了新广义相对论,其基本特征是零曲率张量和四平行矢量场构成挠率.这个理论与目前已完成的太阳系实验完全符合.由四平行矢量场给出各向同性坐标下静态球对称真空解b_0~0=C(P)~(1/2),b_μ~i=D(P)~(1/2)δ_μ~i,(1)     

空间电荷在聚合物老化和击穿过程中的作用

空间电荷对聚合物老化和击穿的影响已成为人们研究的热点,但以往的解释模型大都是以电荷的注入导致电介质中的局部电场增强引起击穿和电子注入直接使聚合物大分子链的断裂为出发点,没有从空间电荷对电介质材料的微观结构的影响上考虑,在计算了空间电荷周围的电磁能和电机械能的基础上,结合一些最新的实验结果,说明聚合物的老化和击穿是发生在空间电荷脱陷时,与空间电荷周围的电机械能的释放有关。