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Hydrovoltaic energy from water droplets:Device configurations,mechanisms,and applications

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Droplet 2023年第4期2卷 24-37页

作者： luxian li Xiang Wang Wei Deng Jun Yin Xuemei li Wanlin Guo State Key Laboratory of Mechanics and Control for Aerospace Structures Key Laboratory for Intelligent Nano Materials and Devices of the Ministry of EducationNanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjingChina College of Aerospace engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjingChina Institute for Frontier Science Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjingChina College of Material Science and Engineering Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjingChina

Water,the source of life,contains immense energy and manifests in diverse *** technology enables the direct interaction between water and materials to generate electricity,a vital necessity for industry *** to the ubiquitous presence and easy availability of falling water,hydrovoltaic energy derived from water droplets has attracted considerable attention and shown great potential in raindrop energy *** this review,a comprehensive summary of the latest advancements in harvesting hydrovoltaic energy from water droplets is presented,with a focus on the configurations and underlying mechanisms of hydrovoltaic ***,a brief discussion on the applications of dropletbased hydrovoltaic devices is presented,along with future prospects for this energyharvesting technology.

关键词： harvesting energy mechanisms

Geometry effect on water-evaporation-induced voltage in porous carbon black film

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Science China(Technological Sciences) 2021年第3期64卷 629-634页

作者： ZHANG ShiYu FANG SunMiao li luxian GUO Wanlin State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures Key Laboratory of Intelligent Nano Materials and Devices of the Ministry of EducationInstitute of Nano ScienceNanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China

Water-evaporation-induced electricity generation shows great application prospect due to the volt-level voltage induced by natural water evaporation in ambient *** investigations have been conducted on water-evaporation-induced electricity in different materials,surface treatments,working mechanisms and wide ranges of practical ***,to further enhance the electricity output remains a great *** this study,we fabricated porous carbon black films with isosceles trapezoid shapes to generate water-evaporation-induced electricity,in contrast with the widely used rectangle *** found that an isosceles trapezoid film produces two different voltages by inversing the film,because of different flow rates and capillary heights after *** ratio of these voltages varies with the length of longer base when lengths of shorter base and heights are fixed,and the maximum ratio can reach 1.77:1 in our *** work shows the importance of geometry design in improving the output voltage.

关键词： water-evaporation-induced voltage porous carbon black film geometry hydrovoltaic technology

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板状结构自发大变形问题的三维数值分析

力学学报 2022年第3期54卷 697-706页

作者：张默涵李录贤西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 西安交通大学飞行器环境与控制陕西省重点实验室西安710049

花朵、树叶等自然界的板状结构因发生大变形而具有婀娜多姿的形状,工程实际的板状结构也会出现类似现象.板状结构是指完全相同的面状结构在厚度方向堆砌而形成的厚度尺寸比面内尺寸相比较小的一类特殊三维结构,在生长或外部环境等因素... 详细信息

花朵、树叶等自然界的板状结构因发生大变形而具有婀娜多姿的形状,工程实际的板状结构也会出现类似现象.板状结构是指完全相同的面状结构在厚度方向堆砌而形成的厚度尺寸比面内尺寸相比较小的一类特殊三维结构,在生长或外部环境等因素产生的不协调变形激励下,这类结构会形成内部应力,本文研究因之而发生的自发大变形行为.首先,将板状结构的变形能分离为类伸缩变形能和剩余变形能两部分,并提出基于三维大变形有限元分析的能量计算方法;然后,建立板状结构的屈曲失稳条件为剩余变形能由小到超越类伸缩变形能的跨越点,进而提出转变厚度概念,通过与简支方板失稳的经典理论解比较,验证三维大变形有限元分析结果及屈曲失稳条件;最后,运用三维大变形有限元方法,研究几种典型自发大变形问题,分析不协调变形因素对内部应力场拉压特性和模式转变厚度的影响规律.本文工作表明,板状结构的大变形过程是弹性变形能中剩余变形能从零开始增加、直至超过类伸缩变形能引起屈曲的一个自发现象.特别地,三维大变形有限元分析是求解复杂内部应力场激发的板状结构屈曲失稳问题的一条有效途径.

关键词：板状结构自发大变形三维有限元分析屈曲失稳转变厚度

基于Treloar实验数据的超弹性材料完全本构关系研究

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力学学报 2022年第12期54卷 3444-3455页

作者：韩磊王新彤李录贤西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室飞行器环境与控制陕西省重点实验室西安710049

超弹性材料在航天航空、民用工业等多个领域已得到广泛应用,但因具有的大变形非线性特性,其本构行为异常复杂,本构模型多种多样.本文从超弹性材料的应变能函数出发,在连续介质力学框内开展超弹性材料完全本构关系的理论与应用研究.首先... 详细信息

超弹性材料在航天航空、民用工业等多个领域已得到广泛应用,但因具有的大变形非线性特性,其本构行为异常复杂,本构模型多种多样.本文从超弹性材料的应变能函数出发,在连续介质力学框内开展超弹性材料完全本构关系的理论与应用研究.首先,分析了Treloar针对某硫化橡胶超弹性材料开展的单轴拉伸、等双轴拉伸以及纯剪切3种基本变形模式实验数据的特点;接着,理论分析了这3种变形模式所具有的相同应力条件,从而将3种模式的本构关系均表示为加载方向应力随伸长比的变化,并就I_(1)^(m)和I_(2)^(m)两类幂函数型应变能函数的本构特性进行了研究;然后,将实验曲线分为初始和剩余两个阶段,对初始阶段采用neo-Hookean模型应变能函数、对剩余阶段采用非指定指数的幂函数型应变能函数,在3种变形模式实验数据总体误差泛函最小条件下对模型参数进行识别,最终建立了典型超弹性材料的完全本构关系.对3种基本变形模式下的不同响应进行了重新预测,其结果均优于文献上已发表的多个本构模型.本文工作表明,依据多种不同变形模式下全程变形范围的实验曲线,可建立超弹性材料的完全本构关系,从而为超弹性材料断裂等复杂问题的理论研究与实际应用提供支撑.

关键词：超弹性材料应变能函数多种变形模式大变形范围完全本构关系

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厚板的高阶剪切变形理论研究

力学学报 2016年第5期48卷 1096-1113页

作者：段铁城李录贤西安交通大学航天航空学院/机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

已有多种厚板理论和高阶剪切变形模型,但仍需要进一步研究以更加完善.首先根据平均转角及上下表面剪应力自由这两个条件,提出了具有统一高阶剪切变形模型的中面位移模式,并将之表示为正交分解形式.根据正交特性,定义了板的广义应力;运... 详细信息

已有多种厚板理论和高阶剪切变形模型,但仍需要进一步研究以更加完善.首先根据平均转角及上下表面剪应力自由这两个条件,提出了具有统一高阶剪切变形模型的中面位移模式,并将之表示为正交分解形式.根据正交特性,定义了板的广义应力;运用板问题应变能密度表示的等价性,提出了与广义应力功共轭的广义应变表示形式,建立了板的本构关系.证明了不同转角定义时虚功原理板理论表示的客观性,以及与三维弹性理论表示的等价性.运用虚功原理,建立了变分自洽的高阶厚板理论和变分渐近的低阶厚板理论,推导了相应的平衡方程及边界条件,分析了与已有板理论的异同.以广义应力形式建立了厚板理论的平衡方程,厘清了不同转角表示时板理论间的关系、低阶厚板理论与高阶厚板理论间的关系以及剪切系数计算等若干基本问题.对圣维南扭转问题的求解证明了该理论的正确性.

关键词：统一高阶剪切变形模型广义应力广义应变虚功原理高阶理论低阶理论

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超弹性材料本构关系的最新研究进展

力学学报 2020年第5期52卷 1221-1232,I0001页

作者：彭向峰李录贤西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室西安710049

超弹性材料是工程实际中的常用材料,具有在外力作用下经历非常大变形、在外力撤去后完全恢复至初始状态的特征.超弹性材料是典型的非线性弹性材料,其性能可通过材料的应变能函数予以表征.近几十年来,围绕应变能函数形式的构造,已提出许... 详细信息

超弹性材料是工程实际中的常用材料,具有在外力作用下经历非常大变形、在外力撤去后完全恢复至初始状态的特征.超弹性材料是典型的非线性弹性材料,其性能可通过材料的应变能函数予以表征.近几十年来,围绕应变能函数形式的构造,已提出许多超弹性材料本构关系研究的数学模型和物理模型,但适用于多种变形模式和全变形范围的完全本构关系仍是该领域期待解决的重要问题.本文从3个不同角度,对超弹性材料本构关系研究的最新进展进行了总结和分析:(1)不同体积变化模式,包含不可压与可压两种;(2)多变形模式,包含单轴拉伸、剪切、等双轴以及复合拉剪等多个种类;(3)全范围变形程度,包含小变形、中等变形到较大变形范围.超弹性材料本构关系研究的最新进展表明,为了全面描述具体材料的实验数据并在实际问题中应用超弹性材料,需要建立适合于多种变形模式和全变形范围的可压超弹性材料的完全本构关系.对实际超弹性材料完全本构关系的建立及可压超弹性材料应变能函数的构造,笔者还提出了相应的实施步骤和研究方法.

关键词：超弹性材料变形张量不变量多变形模式全变形范围完全本构关系

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软土地区地铁车站深基坑变形伺服控制分析

施工技术(中英文) 2023年第17期52卷 55-60页

作者：张灵熙张雯超颜静李璐娴苏州市轨道交通集团有限公司江苏苏州215004 苏州大学轨道交通学院江苏苏州215131 西南交通大学希望学院四川成都610400

在苏州7号线某交汇车站基坑工程中,为降低新建车站施工过程对既有运营车站的影响,在邻近区域设置液压伺服系统,并对比分析采用伺服系统区与采用普通钢支撑区的位移与沉降。结果表明,液压伺服系统区比普通钢支撑区的地下连续墙变形量小31... 详细信息

在苏州7号线某交汇车站基坑工程中,为降低新建车站施工过程对既有运营车站的影响,在邻近区域设置液压伺服系统,并对比分析采用伺服系统区与采用普通钢支撑区的位移与沉降。结果表明,液压伺服系统区比普通钢支撑区的地下连续墙变形量小31.4%,地表沉降量与影响范围也明显小于普通钢支撑区,说明液压伺服系统的轴力保持作用,可保证伺服系统支护区内基坑开挖过程的稳定与安全。

关键词：基坑液压伺服系统变形控制施工技术

3-3型压电复合材料的有限元模型及材料参数对其性能的影响

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复合材料学报 2005年第2期22卷 160-165页

作者：张红艳李录贤沈亚鹏西安交通大学建筑与力学学院西安710049

根据均匀场理论分析3 3型压电复合材料代表体积胞元, 通过罚函数方法引入周期性边界条件, 建立了3 3型压电复合材料的有限元模型。数值计算结果与已有实验结果基本一致, 验证了模型的合理性, 并与解析解进行了对比, 表明该有限元模型能... 详细信息

根据均匀场理论分析3 3型压电复合材料代表体积胞元, 通过罚函数方法引入周期性边界条件, 建立了3 3型压电复合材料的有限元模型。数值计算结果与已有实验结果基本一致, 验证了模型的合理性, 并与解析解进行了对比, 表明该有限元模型能更精确地描述3 3型复合材料的有效性能常数。用所建模型分析了基体相体积分数、复合材料基体泊松比、弹性模量和复合材料基体分布形状等参数对静水压压电常数值和静水压灵敏值的影响。

关键词： 3-3压电复合材料均匀场理论有限元方法代表体积元

Timoshenko梁理论的物理本质及与Euler梁理论的关系研究

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中国科学：技术科学 2018年第4期48卷 360-368页

作者：李录贤裴永乐段铁城耿培帅西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室西安710049 昆明理工大学航空学院昆明650500

与Euler梁理论相比,Timoshenko梁理论具有更高精度和更宽长细比适用范围,但存在两方面不足:一方面,它是能量不自洽的;另一方面,它不能以力学方式合理退化为Euler梁理论.本文从高次位移模式退化角度,剖析了具有线性位移模式的低阶梁理论... 详细信息

与Euler梁理论相比,Timoshenko梁理论具有更高精度和更宽长细比适用范围,但存在两方面不足:一方面,它是能量不自洽的;另一方面,它不能以力学方式合理退化为Euler梁理论.本文从高次位移模式退化角度,剖析了具有线性位移模式的低阶梁理论.本文工作表明,无剪切的Euler梁理论和一阶剪切变形梁理论是满足不同基本条件的两类低阶梁理论,不能相互转化;Timoshenko梁理论可被视为改进的一阶剪切变形理论,因而也不能退化为Euler梁理论.最后,推导了具有高次位移模式的低阶梁理论,并揭示出Timoshenko梁理论实际上与这种梁理论等效的物理本质.

关键词： Timoshenko梁理论 Euler梁理论高次位移模式线性位移模式