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TPMS点阵结构的密度梯度杂交优化设计

重庆大学学报 2024年第5期47卷 76-86页

作者：曾元辉赵淼张正文周海伦重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)点阵结构因其优异的综合性能受到中外学者的广泛关注。在点阵结构实际应用过程中,常常需要对其进行优化设计以兼顾轻量化与承载性能两方面的要求。目前,对TPMS点阵结构的优化设计... 详细信息

三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)点阵结构因其优异的综合性能受到中外学者的广泛关注。在点阵结构实际应用过程中,常常需要对其进行优化设计以兼顾轻量化与承载性能两方面的要求。目前,对TPMS点阵结构的优化设计主要集中于密度梯度层面,未综合考虑载荷方向对其力学性能的影响。为此,首先研究了TPMS点阵结构的各向异性特征。基于平均场均匀化方法求解了不同类型TPMS点阵结构的等效弹性矩阵,通过Matlab插值计算,绘制了其在三维空间范围内的杨氏模量图。发现不同类型的TPMS点阵结构呈现出不同的各向异性特征,其中W点阵结构在[100]等轴线方向上性能较强,在[111]等斜向对角方向上性能较弱,而P点阵结构则刚好相反。根据TPMS点阵结构的各向异性,同时考虑主应力方向以及相对密度分布对其性能的影响,提出了TPMS点阵结构的密度梯度杂交优化设计方法。以悬臂梁模型为基础,基于载荷边界条件对其进行拓扑优化设计,并将拓扑优化密度云映射为点阵结构的相对密度分布,从而实现密度梯度设计。根据TPMS点阵结构的各向异性特征以及单元主应力方向分别选择W和P点阵单胞填充悬臂梁,使主应力方向位于点阵结构性能较强的方向,避免点阵结构在性能薄弱的方向承受较大的应力。将不同类型的TPMS点阵单元合理分布后,利用激活函数将它们进行杂交连接,实现结构梯度设计。综合相对密度分布和单元结构分布,生成密度梯度杂交点阵结构。采用有限元仿真方法对比分析优化设计前后点阵结构的承载性能,结果表明密度梯度W和P点阵结构的刚度与对应的均质点阵结构相比都有明显提高,而由W和P两种点阵单胞组成的密度梯度杂交点阵结构刚度最大,比密度梯度W和P点阵结构分别提高4.63%和33.63%。该结果表明在密度优化的基础上,根据承载时单元主应力方向将不同类型的点阵结构进行合理分布以及混合杂交设计能够进一步提高结构的整体刚度。建立的TPMS点阵结构密度梯度杂交优化方法为其在轻量化设计等方面的应用提供了一定的指导。

关键词：三周期极小曲面点阵结构密度梯度杂交各向异性

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碳交易下驱动企业碳减排的碳配额机制

计算机集成制造系统 2024年第4期30卷 1518-1526页

作者：代应戴佳宏宋寒刘振周林李海燕重庆理工大学管理学院重庆400054 长安大学汽车学院陕西西安710064

碳配额是碳交易的基础,有效的碳配额不是为了抑制生产,而是驱动企业实施低碳技术。针对碳配额有效性设定问题,设计优化了驱动企业降低单位产品的碳排放水平的碳配额机制,得到了碳配额机制有效区间,重点分析了影响碳配额有效性的关键因... 详细信息

碳配额是碳交易的基础,有效的碳配额不是为了抑制生产,而是驱动企业实施低碳技术。针对碳配额有效性设定问题,设计优化了驱动企业降低单位产品的碳排放水平的碳配额机制,得到了碳配额机制有效区间,重点分析了影响碳配额有效性的关键因素。碳配额有效性表明,单位产品初始碳排放量和减排成本系数均是影响碳配额机制有效性的关键因素,合理降低碳交易价格、提高非减排成本和价格敏感性能增大产量碳配额机制的有效性。当减排技术得到改进与提升后,减排成本系数减小,政府单位产品免费碳配额量紧缩,但制造商和零售商利润都降低,此时政府应积极引导消费者购买低碳产品,提高市场需求量。

关键词：碳配额机制碳减排碳交易减排技术

冲击速度对单晶镍层裂行为的影响规律及作用机制

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物理学报 2024年第16期73卷 118-129页

作者：王路生罗龙刘浩杨鑫丁军宋鹍路世青黄霞重庆理工大学机械工程学院重庆400054 西南科技大学环境与资源学院绵阳621000

为了阐明冲击速度对单晶镍冲击层裂行为的影响机理,采用非平衡分子动力学方法获得了不同冲击速度下单晶镍自由面的速度、径向分布函数、原子晶体结构、位错和孔洞演化过程.结果表明单晶镍层裂行为的临界冲击速度为1.5 km/s,当冲击速度U_... 详细信息

为了阐明冲击速度对单晶镍冲击层裂行为的影响机理,采用非平衡分子动力学方法获得了不同冲击速度下单晶镍自由面的速度、径向分布函数、原子晶体结构、位错和孔洞演化过程.结果表明单晶镍层裂行为的临界冲击速度为1.5 km/s,当冲击速度U_(p)≤1.5 km/s时,层裂机制为经典层裂损伤,而U_(p)>1.5 km/s时表现出微层裂损伤.相比经典层裂,微层裂下孔洞数量显著增加,分布更为分散,应力区域宽.分析了冲击速度对经典层裂损伤行为(U_(p)≤1.5 km/s)的影响,并获得了相应的层裂强度,当U_(p)=1.3 km/s时,发生层裂强度突变.单晶镍的层裂强度与层错、相变和位错机制共同作用.随着位错形核和发射位错数量增加,导致层裂强度先下降.当冲击速度U_(p)1.3 km/s,层裂强度主要由BCC相变机制影响,其相变机制为相变路径为FCC→BCT→BCC的马氏体相变机制.本文揭示了冲击速度对层裂损伤和断裂影响规律及作用机制,可为镍基材料在极端冲击条件下的防护应用提供理论基础.

关键词：冲击速度单晶镍层裂相变分子动力学

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基于旋转圆柱三电极阵列的覆冰测量方法

电工技术学报 2024年第5期39卷 1524-1535页

作者：蒋兴良周文轩董莉娜郑华龙袁一钧重庆大学雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站重庆400044 国网湖南省电力有限公司电力科学研究院长沙410007

覆冰严重会影响电网安全稳定运行,输配电装备的覆冰监测是电网冰灾防御的前提。为此,基于冰层的电容效应提出一种旋转圆柱三电极阵列覆冰测量方法。首先,推导电容值与覆冰厚度计算公式,从理论上说明该方法的可行性;其次,建立圆柱三电极... 详细信息

覆冰严重会影响电网安全稳定运行,输配电装备的覆冰监测是电网冰灾防御的前提。为此,基于冰层的电容效应提出一种旋转圆柱三电极阵列覆冰测量方法。首先,推导电容值与覆冰厚度计算公式,从理论上说明该方法的可行性;其次,建立圆柱三电极阵列有限元模型并对其结构参数进行有限元数值计算;再次,以信号强度、灵敏度与穿透深度为评价指标对圆柱三电极阵列选取合适参数;最后,在野外自然环境下对旋转圆柱三电极阵列覆冰测量装置进行试验。仿真和试验结果表明,在穿透深度以内,旋转圆柱三电极阵列能够较为准确地测量覆冰厚度、分辨覆冰类型。在雨凇、混合凇覆冰条件下,覆冰电容值平均误差最大为4.83%,能够满足覆冰厚度的测量要求。该文为输配电装备覆冰监测提供了一种新型装置与测量方法,未来有望应用于架空线路覆冰在线监测。

关键词：冰层电容效应覆冰在线监测有限元仿真旋转圆柱三电极阵列自然覆冰试验

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乘员晕车的生理表征与缓解方法

汽车工程 2024年第1期46卷 50-60,74页

作者：吴盈章林颖李文博余亚岚李国法郭钢重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 清华大学车辆与运载学院北京100084

为保证智能网联汽车的乘坐舒适性与用户接受度,建立乘员晕车缓解认知过程模型,提出一种基于嗅觉刺激的乘员晕车缓解方法。首先充分考虑乘员满意度和晕车缓解功能性要求,设计开展晕车缓解嗅觉刺激材料筛选实验,选定嗅觉刺激材料的气味类... 详细信息

为保证智能网联汽车的乘坐舒适性与用户接受度,建立乘员晕车缓解认知过程模型,提出一种基于嗅觉刺激的乘员晕车缓解方法。首先充分考虑乘员满意度和晕车缓解功能性要求,设计开展晕车缓解嗅觉刺激材料筛选实验,选定嗅觉刺激材料的气味类型和浓度。接着为探究不同晕车程度与生理表征之间的映射关系,验证嗅觉缓解方案的有效性,设计开展乘员晕车缓解实车实验。结果表明:乘员主观晕车程度与皮电激活度指标呈正相关,与脑电不对称值呈负相关。同时,20%浓度的姜花气味经10 s释放能够有效缓解乘员晕车症状,平均缓解效果达到22.17%,在主客观维度上得到了一致性验证。

关键词：晕车缓解方法嗅觉刺激脑电皮电

通过Mo掺杂诱导低Li/Ni混排程度增强Li_(1.2)Ni_(0.13)Fe_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)可逆容量与循环稳定性

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物理学报 2024年第2期73卷 302-309页

作者：冉沛林吴康赵恩岳王芳卫毋志民重庆师范大学物理与电子工程学院重庆401331 松山湖材料实验室东莞523808 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190

富锂层状氧化物因能量密度高和成本低,有望成为下一代锂离子电池正极的重要候选材料.然而,富锂正极材料中阴离子氧化还原反应使晶格氧不稳定,导致电压衰减和不可逆容量损失.尽管铁代无钴富锂材料可以实现较少的电压衰减,但存在严重的阳... 详细信息

富锂层状氧化物因能量密度高和成本低,有望成为下一代锂离子电池正极的重要候选材料.然而,富锂正极材料中阴离子氧化还原反应使晶格氧不稳定,导致电压衰减和不可逆容量损失.尽管铁代无钴富锂材料可以实现较少的电压衰减,但存在严重的阳离子混排和较差的动力学.采用一种简单易行的高价离子掺杂策略,在Li_(1.2)Ni_(0.13)Fe_(0.13)Mn_(0.54)O_(2)(LNFMO)中掺入Mo元素,拓宽了锂层间距,为Li^(+)的传输提供了更宽的通道,改善了Li^(+)的扩散动力学,有效抑制了阳离子混排,进一步稳定了层状结构.得益于此,Mo掺杂后的富锂材料表现出显著增强的电化学性能,在0.2 C电流密度下表现出209.48 mAh/g的初始放电比容量.1C下的初始放电比容量从137.02 mAh/g提高到165.15 mAh/g;循环300次后,仍有117.49 mAh/g的放电比容量,电压衰减由2.09 mV/cycle降低为1.66 mV/cycle.本文对Mo掺杂后的正极材料进行了系统表征并揭示了循环稳定的机理,为高性能富锂正极材料的设计提供了重要参考.

关键词：锂离子电池富锂层状氧化物正极材料阳离子混排

琼北玛珥火山的结构特征及其对喷发历史和火山灾害的启示

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岩石学报 2024年第7期40卷 2103-2121页

作者：何衍鑫田伟刘平平刘建平崔亚圣张朝鲲许鑫北京大学地球与空间科学学院北京100871 重庆科技大学石油与天然气工程学院重庆401331 湖北省地质科学研究院武汉430034 资源与生态环境地质湖北省重点实验室武汉430034

作为陆地和海岛上第二常见的火山类型,玛珥火山相关区域内生活着大约10%的世界人口,因此玛珥火山灾害研究具有重要科学意义。琼北地区发育的第四纪玛珥火山,是天然的研究对象。根据琼北地区卫星影像、数字高程模型和实地测量结果,确定... 详细信息

作为陆地和海岛上第二常见的火山类型,玛珥火山相关区域内生活着大约10%的世界人口,因此玛珥火山灾害研究具有重要科学意义。琼北地区发育的第四纪玛珥火山,是天然的研究对象。根据琼北地区卫星影像、数字高程模型和实地测量结果,确定了11座玛珥火山的形态学特征。结果表明,琼北地区玛珥火山具圆形、椭圆形和三联点形三类平面形态,其面积0.01~3.42km2,周长0.43~6.64km,平均直径128~2128m,深度8~50m,喷出物体积(致密岩石当量,DRE)共计2.2km^(3),初始岩浆碎屑体积(DRE)共计1.7km^(3),爆炸能量1.2×10^(13)~6.4×10^(16)J,能量转换率则在1%~2%之间。玛珥火山活动可分成三期,第一期杨花岭、儒黄岭和那有岭的火山活动持续了6.35~0.11kyr;第二期陈永岭、石岭、罗经盘、玉墩岭和同类岭的火山活动持续了1.06~0.02kyr;第三期好秀岭、双池岭东岭和西岭的火山活动持续了仅16~0.3yr。石山-永兴一带的区域应力场控制着玛珥火山的拉伸方向。根据最新一期火山爆炸点的侧向迁移轨迹预测下一次爆炸点位于双池岭西岭向西约100~200m处。玛珥火山灾害类型多样,有地震、火山灰云、火山灰空落沉积、基浪涌流、火山弹和火山块喷射、火山泥流、火山气体和身体心理创伤等。喷发情景建模表明琼北火山喷发所产生的火山灰影响区域包括我国海南北部、广东和广西南部、台湾南部,以及越南东部,具体影响范围取决于喷发特征和实时气候。综上所述,我们制定了琼北火山灾害的危险性区划图,并建议对全国火山进行详细形态学调查,建立有代表性的典型案例,作为预测未来火山爆发、预防火山灾害的参考指南。

关键词：玛珥火山形态学喷发历史火山灾害爆炸点迁移琼北地区

铜-铝电磁脉冲焊接界面形成过程的原子扩散行为

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焊接学报 2024年第3期45卷 22-31,I0004页

作者：李成祥许晨楠周言陈丹米彦重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

电磁脉冲焊接技术以高压脉冲放电驱使异种金属可靠连接而备受关注,但其界面结合机制尚不明确.该文搭建了铜-铝电磁脉冲焊接综合试验平台,捕获了焊接的动力学过程,得到碰撞点速度与碰撞角度的变化规律.在此基础上,构建了基于分子动力学... 详细信息

电磁脉冲焊接技术以高压脉冲放电驱使异种金属可靠连接而备受关注,但其界面结合机制尚不明确.该文搭建了铜-铝电磁脉冲焊接综合试验平台,捕获了焊接的动力学过程,得到碰撞点速度与碰撞角度的变化规律.在此基础上,构建了基于分子动力学模拟的电磁脉冲焊接典型界面(平直界面与涡旋界面)形成过程的对应模型,探究了焊接中的原子扩散行为,并根据模拟结果计算了典型结合界面的扩散层厚度,同时采用透射电子显微镜分析了结合界面的微观结构.研究结果表明,剧烈碰撞驱使界面材料塑性变形,界面材料塑性形变形成冶金结合和机械咬合是铜-铝电磁脉冲焊接界面的结合机制,且涡旋界面处的原子扩散厚度大于平直界面.该文可为深入理解电磁脉冲焊接机理和调控焊接效果提供科学依据.

关键词：电磁脉冲焊接界面形成原子扩散行为分子动力学

模拟酸雨侵蚀环境下悬臂抗滑桩耐久性极限寿命预测

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材料导报 2024年第5期38卷 191-198页

作者：靳红华任青阳肖宋强任小坤重庆交通大学山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

为构建长期荷载及酸雨侵蚀耦合作用下悬臂抗滑桩耐久性极限寿命准则及服役寿命预测模型,通过开展酸雨单独侵蚀、弯拉荷载及酸雨耦合侵蚀作用下的混凝土中性化试验,构建了混凝土中性化深度多因素时程演化模型;其次通过修正混凝土中性化... 详细信息

为构建长期荷载及酸雨侵蚀耦合作用下悬臂抗滑桩耐久性极限寿命准则及服役寿命预测模型,通过开展酸雨单独侵蚀、弯拉荷载及酸雨耦合侵蚀作用下的混凝土中性化试验,构建了混凝土中性化深度多因素时程演化模型;其次通过修正混凝土中性化残量计算模型建立了抗滑桩桩身钢筋初锈时间模型;进一步结合现有钢筋锈蚀速率模型提出了抗滑桩耐久性极限寿命准则及服役寿命预测模型;最后基于控制变量法对桩体材料、桩体施工、外部环境及外部荷载等因素进行了参数研究。结果表明:弯拉荷载及酸雨侵蚀耦合作用下混凝土中性化深度与侵蚀时间、应力水平、模拟酸液酸度均呈正相关,混凝土中性化深度时变演化过程符合三阶段模式;利用所建悬臂抗滑桩耐久性极限寿命预测模型获得的预测值比易丽云建立的模型及黄新朋建立的模型预测值分别长17.52 a及12.47 a,所建模型具有较好的适用性,预测结果更为经济合理且符合工程实际;悬臂抗滑桩服役寿命与桩身混凝土保护层厚度、桩身混凝土强度、施工质量及外部侵蚀溶液pH值成正比,与桩身混凝土水灰比、桩身滑面处应力水平成反比。该研究结果对酸雨侵蚀作用下悬臂抗滑桩服役寿命评估具有重要的科学指导意义及实用价值。

关键词：悬臂抗滑桩弯拉荷载酸雨侵蚀环境中性化深度耐久性极限寿命准则服役寿命预测