Si中30°部分位错弯结-重构缺陷运动特性的分子模拟

通过基于EDIP（Environment—Dependent Interatomic Potential）势函数的分子动力学模拟，得到了左弯结-重构缺陷（LC）和右弯结-重构缺陷（RC）在1个周期内通过稳定状态之间的相互转化来实现运动的具体过程，同时给出了LC和RC在不同温度和剪应力作用下的运动速度曲线．通过NEB（Nudged Elastic Band）方法结合紧束缚势函数，计算出了LC和RC在1个周期内的迁移势垒，验证了分子动力学结果的正确性．计算结果表明，含有重构缺陷（RD）的LC和RC相对于左弯结和右弯结具有较快的运动速度，验证了之前得出的RD对30°部分位错的运动具有加速作用的结论，并且通过对弯结运动过程中微观结构的分析，从微观尺度上对这一结论进行了解释．     

Si晶体中螺位错滑移特性的分子动力学

在保持Si晶体模型完全周期性的边界条件下, 采用位错偶极子模型在其内部建立一对螺位错. 通过Parrinello-Rahman方法对模型施加剪应力, 并应用分子动力学计算位错运动速度及交滑移的发生与外加剪应力间的关系. 在此基础上进一步研究晶体内的空位缺陷对螺位错运动的影响. 结果表明, 在位错滑移面上的六边形环状空位聚集体可加速螺位错的运动, 并且螺位错能通过交滑移跨越该空位缺陷, 避免产生钉扎现象. 揭示了低温层中大量存在的空位缺陷是降低位错密度的原因.      

基于在用RC简支梁桥的受弯刚度估算承载力

结合正常使用阶段钢筋混凝土(RC)简支梁的梁截面刚度变化规律的研究和对试验资料的分析,建立了在用RC简支梁受弯刚度与名义配筋率的关系公式,提出了基于在用RC简支梁桥受弯刚度估算承载力的简单方法.通过建立实际车辆加载时挠度与刚度的关系式,对实际桥梁进行检测验证,实验值与公式计算值吻合较好,为快速评定桥梁承载力提供了可行性参考.同时表明,在用桥梁由于裂缝开展、车辆碰撞、钢筋锈蚀等因素,其刚度和承载力都发生了相应的折减.因此,对于使用年限较长的在用桥梁,要做好防护与加固工作.     

压力驱动纳米流控行为的计算模拟研究

由于纳米流控实验技术的限制,计算模拟已成为纳米流控行为的主要研究手段,其中基于经验势函数的分子动力学模拟是目前计算模拟研究所采用的首选方法.通过分子动力学模拟可以显性地获得液体分子在纳米通道中的具体运动细节(系统中所有原子的位移、速度和加速度),从而能够准确了解液体在纳米通道中的行为与系统控制参量的相互关系,包括外加载荷、纳米通道尺度、以及液体物理性质对纳米流控行为的影响.目前压力驱动纳米流控行为相关研究主要包括压力驱动下液体对疏液性纳米通道的浸润行为(流体从通道外进入通道)、液体在纳米通道中的传输行为(包括稳态和非稳态传输)、以及最终充满整个通道的过程,还涉及在纳米流控过程中液体的微观结构与势能变化.这些研究结果对于发展基于纳米流控行为的潜在应用具有重要指导意义,例如:设计具有更高能量吸收密度以及可以重复使用的新一代能量吸收耗散材料等.     

ECC/RC组合梁受弯性能试验研究与分析

工程用水泥基复合材料(ECC)具有超高的韧性与优异的裂缝控制能力,提出采用ECC制作U型永久性模板,与混凝土形成外包式ECC/RC组合梁,以提高构件的力学性能和耐久性能.给出了ECC/RC组合梁受弯非线性分析方法,并开展了3种不同界面处理方式的ECC/RC组合梁的弯曲性能试验研究.结果表明,相比RC梁,ECC/RC组合梁的承载力和延性均有所提高;当荷载低于极限承载力的80%时,组合梁的最大裂缝宽度小于100μm;不同的界面处理对组合梁的极限承载力影响较小,但对延性系数有影响.试验结果验证了组合梁受弯非线性分析方法的正确性.基于ACI规范所采用的有效惯性矩法,提出了ECC/RC组合梁正常使用极限状态下挠度的简化计算方法,得到基于内力平衡的组合梁完全开裂截面的惯性矩公式,利用该简化方法计算得到的预测值与试验值吻合较好.     

非饱和土中弯液面形态与液桥力的分子动力学模拟

非饱和土复杂宏观力学特性源自其微观上固-液-气三相的相互作用。而微观尺度弯液面形态及液桥力的变化规律难以直接通过试验获得,这在一定程度上限制了非饱和土力学的发展。本文采用分子动力学模拟研究了正长石、α-石英和高岭石3种矿物间毛细水弯液面形态和液桥力随含水量、固相矿物间距等因素的变化规律。结果表明：当毛细水体积相同时,弯液面接触角随固相矿物间距的增大而增大,基质吸力随之减小;当固相矿物间距不变时,毛细水体积的增大不会引起弯液面接触角和基质吸力的变化;异种固相矿物间弯液面接触角明显大于任一单种固相矿物间弯液面接触角;纳米尺度的液桥可认为仍服从Young-Laplace控制方程,液桥力可基于弯液面圆弧假定进行理论计算,结果与分子动力学模拟值非常接近。从分子动力学模拟获得的微观尺度力学规律可很好解释非饱和土的宏观力学特性。     

基于第一原理计算拟合Ag、Si和C原子间作用势的研究

为了实现Ag在SiC晶体中扩散的分子动力学模拟,根据第一性原理计算结果,采用"力匹配"方法对Ag、Si和C原子间相互作用势进行拟合,并用晶格常数、内聚能、体弹性模量、弹性常数和缺陷形成能等进行了势函数的验证.结果表明,拟合所得的势对Si、C和SiC晶体的内聚能、晶格常数和体弹性模量的计算非常准确,最大误差不超过0.6%;并且,该势对Si和C晶体中空位与间隙形成能及SiC晶体中Si与C空位形成能的计算值比采用J.Tersoff给出的势的计算值更精确;此外,该势对16种AgSiC三原子体系缺陷形成能的计算也比较精确.     

小尺寸Au-Ag合金团簇负热容的模拟研究

利用分子动力学方法,研究了AuN-XAgX(N=144;X=0,24,48,72,96,120和144)纳米团簇熔化过程中的热力学性质.计算模型采用原子嵌入模型(EAM)和Johnson提出的贵金属原子间相互作用势函数.模拟结果表明:金银合金团簇在熔点附近具有负热容特性,负热容主要由相变前后团簇内部结构突变引起.     

镁合金裂纹顶端塑性变形和失效机理的分子动力学模拟

实验表明镁合金在制造过程中不可避免的会出现缩孔和微裂纹两种微观缺陷,这两种微观缺陷对镁合金的力学性能有着重要影响.通过分子动力学方法在原子尺度下分别对带有缩孔和微裂纹镁合金的塑性变形过程进行了研究,原子间的相互作用由改进嵌入原子势来描述,观察到了 hcp 结构金属裂纹扩展及失效过程.计算结果表明:镁合金的裂纹扩展是一个...     

高温液态SiC的微观结构特征

碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料,具有高热导率、耐高温性、高发光率、大禁带宽度、抗辐射能力强和化学性质稳定等特性,在航天、电子通讯以及光学等多个领域起着至关重要的作用.实验上很难直接观测高温液态下的SiC中的微观结构,采用分子动力学模拟方法是研究高温液态微观结构的有效方法.本文基于Ter-soff势函数,采用分子动力学...     

考虑变形影响的钢筋混凝土圆柱受剪承载力计算模型

准确计算钢筋混凝土(RC)圆柱的受剪承载力是进行延性抗震设计的关键,可有效防止脆性剪切和弯剪破坏模式发生。基于已有的RC圆柱拟静力试验结果,分析了RC圆柱的地震破坏模式和受剪承载力确定方法,在理论分析的基础上提出了考虑变形(位移延性)影响的RC圆柱受剪承载力计算模型,并与现有模型进行了比较。研究结果表明,地震作用下RC圆柱的受剪承载力随塑性铰区变形的增加而减小;弯剪破坏模式下,RC圆柱的受剪承载力取决于塑性铰区剪切破坏发生时对应的水平荷载而非骨架曲线上的峰值荷载;所提出的模型能有效反映变形对RC圆柱受剪承载力的影响,计算结果与试验数据吻合较好,可用于不同地震破坏模式RC圆柱受剪承载力计算。     

含变系数的二阶奇摄动问题的多层现象

研究一类含有变系数的二阶奇摄动问题的多层现象.首先区分变系数的不同符号,把奇摄动问题划分为左(右)问题,由渐近展开法,分别构造了左(右)问题的外部解;通过引入伸长变量,各求得两个特异极限,进而获得左(右)问题的右(左)层函数和各自的中间层函数.再通过Van Dyke匹配原则对内外解进行匹配和"缝接",得到奇摄动问题的一致有效的渐近展开式,并通过一个数值算例来验证其有效性.     

管内检测机器人在水平直管内运动的数值研究

采用计算流体力学和动网格技术,数值模拟了单节管内检测机器人在水平直管内从静止到匀速运动这一过程,得到了这一运动过程中机器人的运动规律.计算中将机器人作为运动边界,其受力由当前流场信息来获得,再根据受力来计算机器人的运动速度和前进距离,因边界运动而变化的计算区域根据新的边界条件用弹性变形和网格局部重构技术来更新.不同质量机器人在不同摩擦力下运动规律的计算结果表明,质量只影响机器人达到稳定运动的时间,而摩擦力会影响机器人的稳定运动速度和达到稳定运动的时间.计算结果与实验结果比较吻合,说明动网格技术模拟机器人的运动过程可以为机器人的外形设计、速度控制研究以及操作运行提供参考.     

Cr在Fe-Cr合金中扩散过程的原子尺度模拟研究

该文通过计算机模拟方法研究Cr在Fe-Cr合金中的扩散。用2BM(two band model)势函数模型计算了Fe的空位形成能以及Fe-Cr合金中Cr与空位V之间的结合能、空位迁移能。按照固体中杂质扩散的五频率模型,结合纯铁的分子动力学模拟,计算了合金中Cr原子的扩散系数。此外,在不同的温度和空位浓度条件下,对Fe-1%Cr合金直接进行了分子动力学模拟计算,获得了合金中Cr原子的扩散系数,结果与五频率模型计算结果较为一致。     

地面运动强度指标对RC桥墩地震需求的影响

强地面运动指标(IM)的选择对桥梁结构工程需求参数(EDP)的概率估计影响很大.文章分别采用峰值地面加速度PGA和峰值地面速度PGV作为IM,选择实际地震波并进行合理的调值,对一座RC桥墩进行非线性动力时程分析;结果表明,对于中等周期的桥墩结构,以PGA作为IM计算的EDP概率估计值离散度明显更大.因此应根据所分析结构的周期范围,选择不同的IM,通过合理的调值对EDP进行概率估计.     

基于优化的Mini-Tersoff势计算硅烯热导率

利用分子动力学模拟的方法研究了硅烯的热输运性能.首先基于密度泛函理论的第一性原理训练集数据,应用遗传算法的GPUGA程序拟合了硅烯的势函数.然后使用该势函数进一步计算了室温下硅烯的热导率.同时研究了不同压强下,双轴应变对硅烯热运输性能的影响.此外,还调查了温度对硅烯热导率的影响.从应用遗传算法拟合势函数到进一步计算硅烯热导率的方法,为其他新型纳米材料热输运性能的研究提供了思路.     

Si晶体中60°位错与空位缺陷相互作用的分子动力学研究

为了研究晶格常数不匹配的异质结结构(Si1-xGex/Si)在生长过程中低温缓冲层内的位错运动特性,在Si晶体中建立了60°位错偶极子,以及相对于位错不同空间位置的5种六边形环状空位缺陷模型.基于分子动力学理论,并通过Parrinello-Rahman方法施加剪应力使位错运动,研究了不同空间位置空位缺陷对于60°位错运动的影响,发现各种类型的空位缺陷均会阻碍位错运动,导致位错线弯曲,而位错远离空位缺陷的部分在交会过程中出现了先加速、后减速的现象.模拟结果表明:使位错不被钉扎住的临界外加剪应力随着温度的上升而减小,在上述模型中当温度达到300K以上就稳定于0.6 GPa附近,小于SiGe体系中的失配应力,说明空位缺陷不会成为60°位错的钉扎点,仅会对其运动产生迟滞.     

CTA图像冠状动脉开口层与开口点的全自动定位方法

首先在基于多条件区域增长和解剖结构的基础上通过圆度的变化确定左冠脉开口层,并在指定范围内确定左冠脉开口点;其次计算升主动脉中心和右冠脉开口范围,利用距离曲线的波峰和波谷,并结合解剖结构的特征来确定右冠脉开口层和开口点.该方法中的各种参数得到了统计学验证.最后对57个对象进行测试,左右冠脉开口层定位准确率分别达到98.2%和96.5%.定位的左右冠脉开口点到金标准点的平均距离分别是(1.22±0.37)mm和(1.76±0.49)mm.实验验证了该方法的有效性.     

基于分子模拟的二氧化硅介电常数温度特性规律的研究

作者将分子模拟技术应用于材料介电性能研究中,以了解介电常数随温度变化规律的问题,从而有效地分析相关的微观结构特性.首先利用分子动力学对微观结构模型进行恒温下的分子动力学计算,然后对于该动力学结构模型再进行第一性原理计算,得到该温度下能带结构和介电常数等.通过改变分子动力学设定的温度,得到不同温度下材料微观结构的变化情况以及介电常数随温度的变化规律.作者分析了二氧化硅晶体微观结构和介电常数之间的关系,得到费米能量、禁带宽度和晶胞体积成反比关系的规律,建立了二氧化硅晶体介电常数和温度之间的关系.     

水化硅酸钙力学参数跨纳-微观尺度计算方法

为了准确高效地基于分子动力学模拟计算微观尺度高、低密度水化硅酸钙(C—S—H)的力学参数,选用7种常用的C—S—H晶体类似物结构和三种多孔介质力学模型进行对比分析研究。首先在纳观尺度通过分子动力学模拟得到C—S—H晶体类似物结构的体积模量、剪切模量、弹性模量和泊松比四个力学参数;并与第一性原理计算得到的结果进行对比,以此为基础,再应用多孔介质力学模型计算获得微观尺度高、低密度水化硅酸钙的相应力学参数;并与已有文献实测的高、低密度水化硅酸钙弹性模量进行验证。结果表明,与第一性原理计算相比,6种Tobermorite晶体结构模型的力学参数计算平均误差约20%; Jennite晶体结构模型计算平均误差达59%。采用C—S—H晶体类似物结构Tobermorite 14,结合Mehta或张俊彦的多孔介质力学模型进行模拟计算,效果最佳。C—S—H晶体结构类型对C—S—H跨纳-微观尺度力学参数准确性影响最大。提出的基于分子动力学模拟和多孔介质力学模型进行水化硅酸钙力学参数跨纳-微观尺度计算方法,避免了采用大规模分子动力学模拟获得高、低密度水化硅酸钙的微观力学参数,计算效率高且结果可靠。