Heusler合金Mn2V0.5Co0.5Al的晶体结构与磁性能研究

本文在三元Heusler合金Mn2VAl的基础上掺杂Co原子得到四元合金Mn2V0.5Co0.5Al,基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势方法结合广义梯度近似(GGA),对四元Heusler合金Mn2V0.5Co0.5Al的电子结构、磁性及半金属特性进行计算.结果表明,Co原子掺入能抑制Mn2V0.5Co0.5A...     

超硬材料bc-B_nCN(n=1,2,4)的弹性、硬度及其各向异性

本文基于密度泛函理论的第一性原理,分别运用平面波超软赝势和模守恒赝势,选用局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)势场计算了所选3种结构bc-BnCN(n=1,2,4)的弹性和硬度,并分析了它们的弹性各向异性和塑性各向异性各自的差异.结果表明,3种结构在热学和力学上均稳定.能量计算结果显示,B含量最低的bc-BCN形成焓和结合能绝对值最大,结构最稳定,起因于它含有较多能量相对较低的B—N,B—C,C—N键及最少的B—B键.该3种晶体的弹性模量和硬度分析表明,随着B原子数的增多,弹性模量和硬度逐渐减小.根据对普适弹性各向异性指数AU,弹性模量各向异性分数比AB,AG,以及剪切模量各向异性因子A1,A2和A3的计算,分析了3种结构的弹性各向异性,结果表明bc-BCN具有优于c-BN的各向异性性能.通过对这3种结构进行拉伸和剪切模拟得到理想应力-应变曲线,发现其形变过程也呈现出各向异性,指明了不同结构的易屈服面及滑移方向且bc-BCN是3种bc-BnCN(n=1,2,4)中最易合成和最适合应用的超硬材料.     

时域边界元应力计算方法研究

为解决各向异性介质时域边界元方法中应力计算的问题,建立了各向异性介质时域边界元方法边界点及内点的应力计算方法,并从不同层次对其进行详细考察,其中,对边界点采取在边界上恢复应力张量的方法,对内点采取基于位移解的数值微分方法。应用所建立的应力计算方法,进行了两个算例的计算,结果表明,该计算方法具有较好的精度和稳定性,可用于各向异性介质的动态问题特别是波传播问题应力的分析计算。     

HfO_2多型体的弹性、慢度和热导率及其各向异性研究

本文运用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势和模守赝势研究了四种晶相Hf O2的弹性、慢度和热导率及其各向异性,通过计算得到四种结构的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比.根据泊松比和Pugh模量比分析了四种材料的键合属性;根据弹性各向异性分数比AB,AG和AE以及剪切各向异性因子A1,A2和A3的计算值,说明四种晶相Hf O2是弹性各向异性的;又通过弹性模量的三维立体图形展示了四种晶相Hf O2的弹性各向异性.计算得到的声学波速以及不同晶向上的最小热导率,显示了四种晶相Hf O2声学波速和热导率的大小及其各向异性,并绘出慢度在XY,YZ和ZX平面上的图形.     

利用第一性原理计算方法对NbMoTaWV_x高熵合金的研究

为了分析NbMoTaWV_x高熵合金中V组元对材料特性的影响,利用第一性原理计算方法对其进行了研究,该方法是一种基于密度泛函理论框架下的精确糕模势轨道结合相干势近似模型的方法。首先,对NbMoTaWV_x高熵合金的相与结构性质进行了研究,结果表明:当0≤x≤1.5时,NbMoTaWV_x高熵合金在平衡态中的最稳定构型为体心立方结构;V组元物质的量比的增加会减小NbMoTaWV_x高熵合金的密度、晶格尺寸和体心立方相的稳定性。其次,计算了NbMoTaWV_x高熵合金的弹性力学性质,结果表明:随着V组元物质的量比的增加,合金的内在塑性会提高,理论强度会降低,弹性各向异性几乎不变。     

路用级配碎石力学性能研究进展与展望

级配碎石在道路工程中应用广泛,为全面了解路用级配碎石的力学特性,基于国内外研究开展级配碎石力学性能研究综述。首先,介绍了路用级配碎石变形性能研究现状,包括剪切变形、动态回弹模量、永久变形;其次,从试验测试方法、演变规律表征两个方面对级配碎石各向异性行为进行了总结分析;最后,对级配碎石力学行为的重要影响因素进行归纳,从集料物理性质、粒料结构特征和外部应力状态三个方面进行了综述。分析表明:碎石材料的力学性能与颗粒性质、结构特征和应力状态密切相关,并具有显著的各向异性特征。未来可从级配碎石回弹模量计算方法、性能各向异性参数计算方法、动应力响应分析等方面开展进一步研究。     

考虑材料正交各向异性时的沥青路面结构力学性能

基于正交各向异性理论,分别定义了弹性模量、泊松比和剪切模量这3种参数的各向异性度。对典型的沥青路面结构进行有限元计算,分析这3种各向异性度单独变化以及同步变化时路面结构力学性能的变化规律。计算分析结果表明:沥青面层最大剪应力基本上只受面层平面2个方向之间各向异性的影响,基层层底拉应力受基层平面2个方向之间各向异性的影响最大;路表弯沉受路基平面2个方向之间各向异性的影响最大,剪切模量各向异性对路表弯沉、泊松比各向异性对面层最大剪应力都基本没有影响,弹性模量各向异性对路面各力学指标有较大影响;路基路面材料平面2个方向之间的各向异性不容忽视。     

基于多尺度分析的正交偶极子声波测井反演地层各向异性

提出一种从四分量正交偶极子声波阵列波形数据中提取地层剪切波方位各向异性参数的有效方法。该方法利用了各向异性地层中快、慢主挠曲波的分裂特征 ,从四分量数据中计算出了主波列 ,构造了目标函数 ,并利用改进的模拟退火方法搜索目标函数的全局极小值 ,确定出各向异性参数和快横波方位角。对四分量数据进行了多尺度分析 ,在时间频率域内提取了挠曲波的动力学特征 ,解决了实际数据处理中遇到的波形畸变和干扰问题。与常规方法的对比表明 ,新方法不仅计算速度快 ,而且能够减少确定快横波方位角时的不确定性 ,提高了各向异性参数估计的精确度。     

板岩单轴压缩各向异性力学特征

考虑岩石材料的各向异性,选用层理比较明显的板岩进行单轴压缩试验,分析力学参数的变化规律。研究结果表明:层理是板岩力学参数、强度特性及破裂模式呈现各向异性的重要原因;板岩单轴抗压强度和弹性模量均随层理面倾角的增大呈"U"型变化趋势,单轴抗压强度的各向异性比为2.8,属中级各向异性水平,试样变形模量的各向异性参数比为1.7;岩样整体泊松比随层理面倾角的增加而增大,但不同试样、相同位置的泊松比变化规律不同;岩样不同倾角的层理面是出现不同破裂模式的重要原因,0°试样形成贯穿层理面的张拉破坏,30°和45°试样基本沿层理面形成单一剪切破坏,70°试样由平行层理面的剪切和贯穿层理面的张拉组成复合破坏,90°试样形成沿层理的张拉劈裂破坏。     

窄边双三次Hermite矩形元

给出了双三次Hermite矩形元的构造，并验证了双三次Hermite矩形元具有各向异性插值特征，利用各向异性单元分析方法得到了窄边双三次Hermite矩形元对四阶问题的误差估计，且给出了数值计算结果，结果表明，数值结果与理论分析吻合。     

渗流作用下不同结构土质边坡稳定性模拟

边坡稳定性分析是预测由于各种载荷和环境条件引起的地层沉降、变形和滑移的重要方法。在堤坝中，水体的渗流作用会改变岩土体的力学特性，尤其是土壤的剪切强度。为了分析土石坝在渗流作用下的边坡稳定性，用剪切强度折减法对坝体结构的安全系数、滑移面和位移场进行计算，讨论不同坝体结构在渗流作用下的边坡稳定性，结果表明：剪切强度折减法能够用于渗流作用下的边坡稳定性分析，渗流作用能够劣化土壤的剪切强度。在渗流作用下，坝体结构对边坡稳定性有显著影响，临水侧边坡角α比非临水侧边坡角β越小，边坡越稳定。     

压力下HfCr2合金的电子结构和弹性性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对实验上发现的HfCr_2合金立方和六角相在0～20GPa范围内的稳定性、电子结构和弹性等进行了研究.计算结果表明,在研究的压力范围内2种结构在力学上都是稳定的,但从能量上看,立方相结构能量更低,从而六角相以亚稳态存在,这与实验结果相符.随压力增加,HfCr_2合金的体模量B、剪切模量G和杨氏模量E的值均增加,但剪切模量值始终最小,表明合金抗剪切能力较差.对合金的弹性各向异性研究发现,在研究压力范围内2结构都展示出较强的各向同性,但随压力增加,立方相各向同性增强,而六角相则减弱.对各向异性的进一步研究表明,立方相和六角相的体模量总体上呈现出较强的各向同性,而杨氏模量则呈现一定的各向异性.对HfCr_2合金泊松比和G/B值的研究表明,2个相在0 GPa下均表现出延展性,且随压力增加延展性增强.最后,研究HfCr_2合金的应力-应变关系,结果表明对于立方相结构,理想的拉伸强度和剪切强度分别发生在[1 0 0]方向和(1 1 1)■方向,而对于六角相结构,则分别发生在[0 0 0 1]方向和■方向.     

应用边界元法分析页岩地层井眼坍塌问题

基于各向异性连续介质力学和边界元理论,建立横观各向同性页岩地层井眼坍塌定问题的基本微分方程,推导出基本方程的边界积分方程及其离散解,并得出井周应力和位移的边界元离散解,结合Mohr-Coulomb准则判别井眼稳定性,形成基于边界元法(BEM)求解井眼坍塌问题的基本方法。建立页岩地层井眼坍塌问题的物理模型,采用各向同性地层模型对BEM进行检验,并开展井周应力分布规律研究和应用实例分析。研究结果表明:BEM求解结果与解析解吻合较好,二者相对误差小于2.49%;弹性模量各向异性、水平地应力差异和钻井液密度等对井壁应力分布影响较大(其中水平地应力差异的影响最大),而泊松比各向异性的影响较小;W201井1 530 m井段井眼稳定性分析结果与电测结果吻合良好,BEM计算的扩径率约为9.0%,而电测扩径率约为10.0%。     

基于多尺度分析的正交偶极子声波测井反演地层各向异性

提出一种从四分量正交偶极子声波阵列波形数据中提取地层剪切波方位各向异性参数的有效方法。该方法利用了各向异性地层中快、慢主挠曲波的分裂特征，从四分量数据中计算出了主波列，构造了目标函数，并利用改进的模拟退火方法搜索目标函数的全局极小值，确定出各向异性参数和快横波方位角。对四分量数据进行了多尺度分析，在时间－频率域内提取了挠曲波的动力学特征，解决了实际数据处理中遇到的波形畸变和干扰问题。与常规方法的对比表明，新方法不仅计算速度快，而且能够减少确定快横波方位角时的不确定性，提高了各向异性参数估计的精确度。     

新型全Heusler合金Cu2WAl的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了新型全Heusler合金Cu_2WAl的结构和弹性性能。结果表明:在无磁与铁磁性两种状态下,该全Heusler合金Cu_2MnAl型结构的能量低于其Hg2CuTi型结构,其中Cu_2MnAl型结构在铁磁态下的能量低于其无磁态;铁磁态下Cu_2MnAl型Cu_2WAl全Heusler合金的弹性常数不满足Born弹性稳定性准则,从而不能以稳态形式存在。     

滑坡堆积土体三轴剪切强度实验研究

抗剪强度是土体重要力学指标之一,在地基承或力土坡和路基稳定性评价中土的抗剪强度指标是最重要的基本力学参数,通常根据工程实际情况和需要采用不同剪切实验方法求的相应的强度指标,为设计计算和分析提供依据。本文对某滑坡堆积土体在不同的物理状态下制样,进行三轴剪切实验,分析探讨土体的强度指标与含水平,密度及粒度含量的关系,以期为滑坡稳定性分析提供计算依据。     

钻头各向异性对底部钻具组合力学特性的影响

本文结合岩石—钻头相互作用模型,应用两维底部钻具组合(BHA)力学特性分析程序(用半解析法求解,文中略)分析结果,分析计算了钻头各向异性指数对有效钻力的影响;并根据三种典型的增/降/稳斜钻具组合的力学分析结果具体计算了不同钻头各向异性指数对有效侧向钻力的影响,并据此结果作出了相应的关系曲线,进而分析了钻头各向异性指数对井眼轨迹的影响,得出了具有不同钻头各向异性指数值钻头对钻具组合力学特性的影响规律。     

含软弱夹层岩坡的稳定性分析--以马钢"十一五"新区项目马三峰边坡为例

以马钢“十一五”新区项目马三峰边坡为例,对含软弱夹层的岩石边坡的控稳机制和稳定性进行了分析.结果表明,对顺层岩石边坡,其稳定性决定于软弱夹层的力学强度.软弱夹层强度参数可通过现场剪切试验获得,根据试验所得强度参数,计算得该边坡安全系数小于规范规定的一级边坡安全系数值,需进行加固处理.     

考虑转动阻抗对砂力学特性影响的离散元分析

基于离散元法进行一系列砂真三轴剪切模拟试验,探讨了颗粒间转动阻抗对砂宏细观力学特性的影响。分析了不同抗转动系数下砂的力学特性,并从细观角度解释了转动阻抗的影响机制。结果表明:随着抗转动系数的增加,偏应力峰值及其对应的峰值内摩擦角相应增加,同时应变软化现象逐渐加剧。在细观层面,从有效配位数、概率密度、颗粒间法向接触力和各向异性的角度分析转动阻抗的影响机理。研究进一步发现,转动阻抗抑制了砂颗粒之间的相对转动,导致砂颗粒之间的平均配位数降低;砂颗粒间强接触力概率密度及接触力大小均随着抗转动系数的增大而增大;通过三维直方图直观定性分析由不同转动阻抗对法向接触力以及应力诱发各向异性的影响,同时结合第二不变量表征组构张量和法向接触力张量的各向异性,发现各向异性系数均随着抗转动系数的增大而增大。     

单拱四车道公路隧道断面的优化

合理的扁平率对大断面隧道稳定性和经济性具有重要的意义。本文以广东省龙头山隧道为工程背景,采用大型有限差分软件FLAC,对不同埋深、不同围岩条件下的四车道公路隧道进行了数值模拟,计算出单拱四车道公路隧道围岩的位移、塑性区分布和最大剪切应变率,分析了扁平率对隧道断面的力学特征影响规律,得出以下结论:单拱四车道公路隧道的扁平率应控制在0.61～0.63,这既能满足初期支护条件下围岩稳定性要求,又能提高隧道建设的经济效益。