结合面切向接触等效黏性阻尼分形模型

基于MB接触分形理论、结合面切向接触阻尼耗能机理以及阻尼损耗因子的定义,建立了结合面切向接触等效黏性阻尼的分形模型及其损耗因子模型。所建模型表明,结合面切向接触等效黏性阻尼与结合面法向接触载荷、摩擦系数、材料塑性指数、结合面上的切向动态载荷幅值与法向接触载荷之比(简称切法向载荷比)、结合面分形维数以及分形粗糙度参数之间具有复杂的非线性关系,而结合面切向接触阻尼损耗因子与结合面分形维数和分形粗糙度参数无关,仅与切法向载荷比和摩擦系数有关。模型的仿真结果表明,结合面切向接触阻尼损耗因子随着切法向载荷比的增大而增大,随结合面摩擦系数的增大而减小;结合面切向接触等效黏性阻尼随着结合面法向接触载荷、摩擦系数、材料塑性指数的增大而增大,随着结合面分形粗糙度的增大而减小;结合面切向接触等效黏性阻尼随结合面分形维数的变化规律较为复杂,先随着分形维数的增大而增大,在分形维数值1.65附近出现最大值,而后随着分形维数的增大而减小。     

基于分形理论的岩体原生节理分布特征研究—以长河坝水电站为例

由于岩体内部结构面的分布规律具有随机性、复杂性的自相似的特征,可以运用分形理论对其进行研究。通过现场节理调查,描绘了待爆破区域原生节理的分布网络,并统计分析了节理迹长和倾角的概率分布模型;运用盒维数计算方法得出了结构面分布的分形维数D,讨论分形维数D与岩体的工程质量以及结构面分布之间的关系,实现了对岩体的工程性质以及不同尺度结构面的定量对比分析。结果表明:节理面的倾角和迹长分别服从正态和对数正态分布;江咀料场节理分布的分形维数D=1.315,响水沟料场节理分布的分形维数D=1.275,河口料场断层系的分维数D=1.164,可见分形维数D越大,结构面越发育,岩体的工程质量就越差;另外随着调查尺度范围的增大,分形维数D反而减小。研究结果可对分形理论在岩土工程质量评价及节理岩体的爆破块度预测等方面提供参考价值。     

基于光学法的纤维增强RPC力学性能及微观结构分形特征研究

为探究纤维增强活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)的宏观力学性能与微观孔隙结构特征之间的关系,测试了不同水胶比、不同河砂替代率的RPC抗压、抗折强度,并基于光学法测定了其微观孔结构参数;建立了基于气泡分布的分形模型并计算出了RPC的气泡分布分形维数;最后通过试验数据拟合,分析了气泡分形维数与孔结构参数及RPC力学性能之间的关系.结果表明:RPC基体的气泡分布具有明显的分形特征,气泡分布分形维数在2.1～2.3之间;分形维数越大,基体孔隙结构的空间分布形态越复杂;RPC基体的含气量不具备分形理论的特征,而气泡平均弦长、气泡比表面积与气泡分布分形维数呈现明显的指数相关性;RPC抗压强度、抗折强度随分形维数增大,呈明显指数增大关系.     

城市土地利用结构与形态的分形研究--以上海市中心城区为例

借助系统论中的信息论思想,分析近50年来上海中心城区土地利用结构的信息熵和均衡度;运用分形理论建立城市空间形态的分形结构模型,以边界维数和半径维数为依据对近50年来上海中心城区空间布局及形态的演化进行定量判定,探讨城市空间结构与形态的演变特征与规律;最后对上海中心城区土地利用结构和形态的演变机制进行了分析.     

平面结合面切向接触阻尼分形模型及其仿真

基于接触分形理论和结合面接触阻尼耗能机理,以及球体与平面接触时的阻尼耗能理论,建立了平面结合面切向接触阻尼的分形模型,通过数值仿真直观揭示了平面结合面切向接触阻尼耗能与结合面法向载荷以及结合面表面粗糙轮廓分形维数之间的非线性关系.仿真结果表明:平面结合面切向接触阻尼的耗能随着结合面法向载荷的增大而减小;当结合面表面粗糙轮廓分形维数小于等于1.2时,平面结合面切向接触阻尼耗能随结合面表面粗糙轮廓分形维数的增大而增大;当结合面表面粗糙轮廓分形维数大于1.2时,平面结合面切向接触阻尼耗能随结合面表面粗糙轮廓分形维数的增大而减小.仿真结果验证了模型的有效性.     

基于扫描电镜的页岩微观孔隙结构定量表征

根据二维高分辨率扫描电镜(2D-SEM)图像孔隙灰度阈值提取页岩孔隙分布,采用分形理论计算孔隙形态和孔径分布分形维数,在此基础上分析孔径分布模型、步长及分辨率对页岩2D-SEM孔径分布影响,并与高压压汞(MICP)和低温氮气吸附-解吸(LNA/D)孔径分布对比。结果表明:2D-SEM孔隙提取结果能够定量表征页岩孔隙结构复杂性,孔隙形态分形维数越高,孔隙越复杂,孔径分布分形维数越高,孔径分布越复杂,微孔所占比例越高;连续型孔径分布模型能够准确表征页岩孔径分布,以1/2平均孔喉半径为步长提取的2D-SEM与MICP和LNA/D孔径分布吻合最好;2D-SEM孔径分布受分辨率和页岩非均质性双重影响,应选择代表页岩孔隙结构的高分辨率区域,或采用多张高分辨率SEM拼接图像提取孔径分布;2D-SEM图像能够精确定量表征页岩孔隙结构特征,为取心及制样困难的页岩孔隙结构研究提供了新方法。     

树冠流动阻力特性数值模拟与实验研究

为深入分析树冠内部结构参数对树冠绕流流动阻力的影响,采用数值模拟和实验测试相结合的方法研究几种典型形态特征树冠的内部流场特征和流动阻力。用树冠叶面积指数(LAI)、稠密度(SVF)和分形维数(Df)表征树冠复杂的形态结构,讨论树冠形态结构参数对树冠流动阻力的影响规律。研究结果表明:模型叶面积指数与稠密度呈近似线性关系,而树冠分形维数分别与树冠稠密度和叶面积指数满足近似对数关系。通过对数值模拟计算结果回归分析,给出树冠流动阻力系数与叶面积指数的关系式。研究结果表明:真实条件下的树冠流动阻力结果要明显高于二维简化模型的数值计算结果,但二者在变化趋势上表现出较好的一致性;在引入树冠阻力系数修正系数后,数值计算结果与实验结果吻合较好。     

多孔介质微观孔隙结构分形特征及分形系数的意义

依据孔隙结构的球体模型和毛管束模型 ,推导出两种模型的孔隙体积表达式和两种模型分形维数间的关系式。计算结果表明 ,基于毛管束模型的分形维数总比基于球体模型计算的分形维数小 1,分形系数的物理意义在于它反映了孔隙的发育程度。基于毛管束模型 ,利用压汞数据计算了西峰油田长 8储层多孔介质微观孔隙的分形维数 ,同时给出了分形维数与孔隙度、渗透率等地层参数的关系曲线。分析结果表明 ,该区孔隙结构具有分形特征 ,分形维数为 1～ 2。分形维数越大 ,多孔介质微观孔隙分布的非均质性越强 ;分形系数越大 ,孔隙越发育 ,储层物性越好。     

多孔介质微观孔隙结构分形特征及分形系数的意义

依据孔隙结构的球体模型和毛管束模型,推导出两种模型的孔隙体积表达式和两种模型分形维数间的关系式。计算结果表明,基于毛管束模型的分形维数总比基于球体模型计算的分形维数小1,分形系数的物理意义在于它反映了孔隙的发育程度。基于毛管束模型,利用压汞数据计算了西峰油田长8储层多孔介质微观孔隙的分形维数,同时给出了分形维数与孔隙度、渗透率等地层参数的关系曲线。分析结果表明,该区孔隙结构具有分形特征,分形维数为1～2。分形维数越大,多孔介质微观孔隙分布的非均质性越强;分形系数越大,孔隙越发育,储层物性越好。     

黏土矿物微观孔隙结构的分形特征

以深部软岩中黏土矿物为研究对象,运用Image-proplus专业图像分析软件,对黏土矿物微观结构SEM图像进行处理,提取孔隙信息,结合分形理论,对微观孔隙结构进行分形数值分析。研究表明：软岩中黏土矿物微观孔隙结构分布具有分形特征,试样的分形维数在1~2。具有不同微观结构形态的相同类型黏土矿物和具有同种微观结构形态的不同类型黏土矿物,其分形维数均有差异。孔隙分布均匀程度与分形维数成反比。     

大块准晶材料的制备

给出了一种大块准晶材料的制取方法,并且对所得材料的性能进行了研究。采用快速凝固制取几乎完全为二十面体相的准晶粉末,通过爆炸成形得到大块准晶材料。研究结果表明,在Al-Mn,Al-Cr和Al-Mn-Cr合金系列中,调整合金成分和冷却速度能够制得几乎完全为二十面体相的Al_(77.5)Mn_(22.5),Al_(82)Cr_(18)和Al_(78)Mn_(18)Cr_4准晶粉末,经爆炸成形后,所得的大块准晶材料仍然保持其二十面体相结构。     

Archimedean-like tiling on decagonal quasicrystalline surfaces

Monolayers on crystalline surfaces often form complex structures with physical and chemical properties that differ strongly from those of their bulk phases. Such hetero-epitactic overlayers are currently used in nanotechnology and understanding their growth mechanism is important for the development of new materials and devices. In comparison with crystals, quasicrystalline surfaces exhibit much larger structural and chemical complexity leading, for example, to unusual frictional, catalytical or optical properties. Deposition of thin films on such substrates can lead to structures that may have typical quasicrystalline properties. Recent experiments have indeed showed 5-fold symmetries in the diffraction pattern of metallic layers adsorbed on quasicrystals. Here we report a real-space investigation of the phase behaviour of a colloidal monolayer interacting with a quasicrystalline decagonal substrate created by interfering five laser beams. We find a pseudomorphic phase that shows both crystalline and quasicrystalline structural properties. It can be described by an archimedean-like tiling consisting of alternating rows of square and triangular tiles. The calculated diffraction pattern of this phase is in agreement with recent observations of copper adsorbed on icosahedral Al(70)Pd(21)Mn(9) surfaces. In addition to establishing a link between archimedean tilings and quasicrystals, our experiments allow us to investigate in real space how single-element monolayers can form commensurate structures on quasicrystalline surfaces.     

Al-Mn准晶Ⅰ相的热力学特性函数与结合能

通过ＤＳＣ测量和Ｘ光衍射定量相分析，研究了Ａｌ－Ｍｎ准晶二十面体相（Ⅰ相）晶化转变 的热力学；在一定的近似条件下，定量地得到了准晶Ⅰ相的结合能以及Ｇｉｂｂｓ自由能．     

组分对机械合金化Al-Cu-Fe准晶形成的影响

采用机械合金化附加后续的热处理工艺,制备了2个系列不同组分的Al-Cu-Fe合金粉末,使用X射线衍射(XRD)结构分析技术研究一定的球磨时间及退火条件下粉末组分对准晶形成的影响.研究结果表明,Al-Cu-Fe二十面体准晶的形成对原始混合粉末的组分很敏感,在相同的球磨时间及退火条件下,Al70Cu20Fe10是形成准晶的最佳组分.     

Atomic packing and short-to-medium range order evolution of Zr-Pd metallic glass

A larger-scale Zr₇₀Pd₃₀ alloy system has been simulated using molecular dynamics (MD) to investigate structure evolution in Zr₇₀Pd₃₀ metallic glass. The simulated pair distribution function of Zr₇₀Pd₃₀ metallic glass agrees well with the experimental results. Voronoi polyhedron analysis indicates that the icosahedra are not randomly distributed in space, but form characteristic intercrossed icosahedral clusters with medium-range order. Intercrossed icosahedral clusters are the dominant local configurations in Zr₇₀Pd₃₀ metallic glass and probably cause the quasicrystalline phase discovered in Zr₇₀Pd₃₀ metallic glass.     

大庆原油加剂前后的蜡晶分形特性研究

针对蜡晶颗粒定性描述存在的不确定性问题,探讨了蜡晶形态的定量表征方法,提出基于蜡晶体积特征的粒度分布分形模型。以大庆南三联原油和林源原油为研究对象,采用流变学测试法与影像分析技术,测试它们加剂前后的析蜡过程及粘温特性;采用NcMiVnt图像分析软件,处理试样析蜡过程中的蜡晶形态图像,确定蜡晶粒度分布分形维数;进而分析温度与流动改进剂对原油蜡晶分形特性的影响。结果表明,基于蜡晶颗粒体积特征的分形模型可定量表征蜡晶形态;两种原油加剂前后的蜡晶分形维数随温度降低而增大,其析蜡量及蜡晶颗粒数量一般随之增加,宏观表现为原油低温流动性变差;两种原油加剂后的蜡晶分形维数明显增大,而蜡晶颗粒数量大幅减少,宏观上呈现出原油低温流动性提高。     

机械合金化AlCuFe经退火形成准晶体的结构变化

为了研究AlCuFe准晶体的形成机理,采用了X射线衍射(XRD)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)2种分析技术,有效地克服了高度无序体系结构分析的困难.研究结果表明,在球磨过程中Cu原子进入Al的晶格点阵,经过不同球磨时间分别形成金属间化合物Al2 Cu或者Cu9 Al4,而Fe原子保持原来的体心立方(bcc) α...     

Pt纳米颗粒几何特征与结构稳定性的原子尺度研究

基于金属纳米颗粒的几何特征及其幻数结构构建了一系列不同粒径和形貌的Pt纳米颗粒,利用改进分析型嵌入原子势与淬火分子动力学模拟研究了其结构稳定性。一方面揭示了各表面位比例、比表面积、平均配位数与粒径、形貌的定量关系;另一方面预测了晶体结构Pt纳米颗粒的平均原子结合能与颗粒尺寸的线性关联;二十面体形貌具有最密排的表面,尺寸较小时表面能的贡献使之成为首选结构,但大尺寸时应变能使之最不稳定;由于应变能的释放,晶态截切多面体小颗粒的稳定性与二十面体相仿,尺寸增大时具有最高稳定性。     

A fractal-based model for the microstructure evolution of silicon bronze wires fabricated by dieless drawing

The back-propagation neural (BPN) network was proposed to model the relationship between the parameters of the dieless drawing process and the microstructures of the QSi3-1 silicon bronze alloy. Combined with image processing techniques, grain sizes and grain-boundary morphologies were respectively determined by the quantitative metallographic method and the fractal theory. The outcomes obtained show that the deformed microstructures exhibit typical fractal features, and the boundaries can be characterized quantitatively by fractal dimensions. With the temperature of 600–800℃ and the drawing speed of 0.67–1.00 mm·s-1, either a lower temperature or a higher speed will cause a smaller grain size together with an elevated fractal dimension. The developed model can be capable for forecasting the microstructure evolution with a minimum error. The average relative errors between the predicted results and the experimental values of grain size and fractal dimension are 3.9% and 0.9%, respectively.     

Pt／Pt（111）薄膜生长的计算机模拟研究

以Pt/Pt(111)薄膜生长为例,建立一个包含更为细致的原子扩散过程的模型,采用蒙特卡洛模拟方法研究了不同覆盖率,不同温度下（111）面上外延生长早期阶段的原子聚集行为,得到了一系列分形状薄膜的形貌。计算表明,用来描述枝状晶体枝杆平均宽度的原子的平均最近邻配位数随温度的升高而增加,与扫描隧道电镜实验测量的结果一致。同时,还研究了原子沉积过程中沉积速率的大小对薄膜生长的影响。