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碳纳米管导电剂对硅复合电极初始裂纹的调控作用

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机械强度 2024年第1期46卷 187-194页

作者：李香杰尹昕宇赵炎翡上海大学力学与工程科学学院上海200444

硅作为新型高容量锂离子电池最具潜力的负极材料,具有极高的能量密度。然而,硅材料在充放电过程中的巨大体积变形,导致电极的严重损伤和快速退化,使得硅基电池的循环寿命普遍较低,难以同时满足高容量与长寿命的设计要求,是高容量锂离子... 详细信息

硅作为新型高容量锂离子电池最具潜力的负极材料,具有极高的能量密度。然而,硅材料在充放电过程中的巨大体积变形,导致电极的严重损伤和快速退化,使得硅基电池的循环寿命普遍较低,难以同时满足高容量与长寿命的设计要求,是高容量锂离子电池研发的核心难题。导电剂作为锂离子电池复合电极活性层的主要构成之一,传统上认为主要起到提高电极电导率的作用。通过研究导电剂(以碳纳米管为例)的组分含量,实验揭示了导电剂对硅复合电极的初始裂纹密度存在调控作用,得到了碳纳米管含量的最优值,并发现了碳纳米管的加入会引入缺陷的负面机制,此机制在电化学循环中也起到重要作用。以上实验结果对指导高容量长寿命硅复合电极的设计和制备具有重要意义。

关键词：锂离子电池碳纳米管初始裂纹缺陷疏水性

初始裂纹对泥岩单轴压缩力学性质影响的FDEM研究

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Acta Mechanica Sinica 2023年第10期39卷 85-97页

作者：李德建祁浩李春晓李长祺 State Key Laboratory for GeoMechanics and Deep Underground Engineering Beijing 100083 China School of Mechanics and Civil Engineering China University of Mining and Technology (Beijing) Beijing 100083 China

要为研究初始裂纹对泥岩试件单轴压缩力学性质的影响, 首先, 对经过不同温度处理后的泥岩试件开展单轴压缩力学实验. 然后, 运用有限元-离散元耦合方法(FDEM)建立含有不同数量初始椭圆裂纹的单轴压缩数值模型来模拟室内实验. 最后, 建... 详细信息

要为研究初始裂纹对泥岩试件单轴压缩力学性质的影响, 首先, 对经过不同温度处理后的泥岩试件开展单轴压缩力学实验. 然后, 运用有限元-离散元耦合方法(FDEM)建立含有不同数量初始椭圆裂纹的单轴压缩数值模型来模拟室内实验. 最后, 建立一个分段损伤模型揭示单轴压缩损伤演化过程. 通过研究发现模拟的应力-应变曲线与实验结果存在较好一致性, 实验和数值结果表明初始裂纹密度对单轴压缩力学特性存在重要影响, 尤其是随着初始裂纹密度的增加, 初始非线性特征越明显, 而弹性模量和单轴抗压强度有所下降. 同时初始裂纹密度越大, 扩展的裂纹数量越少, 张拉破坏模式则越明显. 此外, 分段损伤本构模型能够很好地对应模拟和实验中的应力- 应变曲线. 对于初始非线性比较明显的岩石材料, 应该将岩石的损伤演化过程划分为初始损伤、损伤减少和损伤增加三个阶段.

关键词：初始裂纹单轴压缩椭圆裂纹单轴抗压强度岩石材料损伤演化过程力学实验应变曲线

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含裂纹高强钢丝的腐蚀损伤与拉伸性能研究

科学技术与工程 2024年第8期24卷 3330-3340页

作者：于伟王鑫高洋朱万旭刘其舟吉钰纯桂林理工大学土木工程学院广西绿色建材与建筑工业化重点实验室桂林541004 桂林理工大学材料科学与工程学院有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室桂林541004

为了研究桥梁含裂纹拉索钢丝的腐蚀损伤机理和受拉力学特性,以含预置裂纹的腐蚀高强钢丝为研究对象,采用电弧线切割方法、中性盐雾腐蚀试验、拉伸试验、电镜试验和有限元分析,开展相关内容研究。提出了考虑中性盐雾腐蚀影响的含裂纹高... 详细信息

为了研究桥梁含裂纹拉索钢丝的腐蚀损伤机理和受拉力学特性,以含预置裂纹的腐蚀高强钢丝为研究对象,采用电弧线切割方法、中性盐雾腐蚀试验、拉伸试验、电镜试验和有限元分析,开展相关内容研究。提出了考虑中性盐雾腐蚀影响的含裂纹高强钢丝拉伸受力性能的评价方法。结果表明:刻痕的应力集中系数远大于正常腐蚀蚀坑的系数,钢丝力学性能的变化是由于初始裂纹进一步腐蚀而引起,特别在腐蚀初期,钢丝处于非常不利的阶段,其受拉性能较低。建立的初始裂纹钢丝有限元模型,能较好地描述中性盐雾腐蚀试验和静力拉伸试验得出的质量损失率、截面面积损失率及极限强度的关系。

关键词：高强钢丝初始裂纹腐蚀损伤机理拉伸性能

多因素耦合作用下高强钢焊缝连接疲劳性能研究进展

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建筑钢结构进展 2024年

作者：郭宏超关晓迪王铳赵越西安理工大学土木建筑工程学院

焊接作为钢结构最广泛采用的连接形式，在钢材强度等级提高后，焊接接头在服役过程中对蚀坑、裂纹等缺陷敏感性增加，且由于焊接会劣化钢材成分、组织性能，导致焊接接头产生初始缺陷，进而在环境腐蚀、应力集中、超载等因素作用下，钢... 详细信息

焊接作为钢结构最广泛采用的连接形式，在钢材强度等级提高后，焊接接头在服役过程中对蚀坑、裂纹等缺陷敏感性增加，且由于焊接会劣化钢材成分、组织性能，导致焊接接头产生初始缺陷，进而在环境腐蚀、应力集中、超载等因素作用下，钢结构焊缝连接未达到设计服役年限就发生疲劳断裂，造成严重的资源浪费。总结了多因素耦合下高强钢焊缝连接的疲劳性能研究现状，介绍了腐蚀疲劳机理及腐蚀预测模型，分析了疲劳设计方法及疲劳寿命评估理论，归纳了焊接残余应力、点蚀坑以及初始裂纹对焊缝连接疲劳性能的影响。结果表明：焊接工艺的选取、焊接参数的制定以及焊接几何尺寸等对焊接接头的力学性能影响显著，焊接残余应力的存在会削弱高强钢焊接接头的疲劳强度，焊接缺陷会引起应力集中现象，加快裂纹萌生；高强钢腐蚀初期形成点蚀坑，点蚀坑逐渐发展成裂纹，进而导致焊缝连接的腐蚀疲劳性能降低。随着高强度焊缝连接在工程中的应用增多，需开展不同强度等级及焊接形式的焊缝连接疲劳试验，以期将其理论成果和经验方法在工程实际中推广应用。

关键词：多因素耦合焊缝连接疲劳性能焊接残余应力点蚀坑初始裂纹

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含切口复合材料应力场和疲劳评估方法

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：谌伟边自力陈昱文邱屿徐双喜吴轶钢高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学) 武汉理工大学船海与能源动力工程学院中交广航局疏浚公司

含初始裂纹各向异性材料应力场解析公式过于复杂，评估精度受多种几何参数和材料参数影响，不利于工程运用。为此，本文基于传统各向异性材料裂纹尖端附近处的应力场理论公式，建立了含初始裂纹的双边V型切口模型，量化了切口深度、裂... 详细信息

含初始裂纹各向异性材料应力场解析公式过于复杂，评估精度受多种几何参数和材料参数影响，不利于工程运用。为此，本文基于传统各向异性材料裂纹尖端附近处的应力场理论公式，建立了含初始裂纹的双边V型切口模型，量化了切口深度、裂纹长度、张开角、材料特性等因素对切口应力场的影响，推导了求解含初始裂纹的双边V型切口构件应力强度因子SIF的简易公式，可用于含裂纹切口构件的应力场和SIF快速预报。对比结果表明本文简易公式与理论方法和有限元仿真结果误差较小，验证了改进公式的有效性和准确性。

关键词：复合材料各向异性板初始裂纹切口应力场应力强度因子(SIF)

初始裂纹对高聚物粘结炸药低速撞击点火影响数值模拟研究

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含能材料 2019年第10期27卷 812-818页

作者：刘睿韩勇代晓淦李明王军中国工程物理研究院化工材料研究所

应用Visco-SCRAM模型和热点模型研究初始裂纹对奥克托今基(Octogen,HMX)高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive,PBX)炸药低速撞击点火的影响,主要针对标准低速撞击Steven试验进行模拟,分析初始裂纹尺寸和初始裂纹非均匀分布对PBX炸... 详细信息

应用Visco-SCRAM模型和热点模型研究初始裂纹对奥克托今基(Octogen,HMX)高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive,PBX)炸药低速撞击点火的影响,主要针对标准低速撞击Steven试验进行模拟,分析初始裂纹尺寸和初始裂纹非均匀分布对PBX炸药内部温升及热点形成的影响。计算结果表明,随着初始裂纹尺寸的增加,HMX基PBX炸药内部裂纹表面的摩擦生热增强,导致其内部温升明显,更容易形成热点。当初始裂纹尺寸从1mm增加到3mm时,点火速度阈值从45m·s^-1降低到38m·s^-1。考虑初始裂纹非均匀性影响,在低速撞击过程中,PBX炸药内部温升区域发生明显的改变。而且,初始裂纹非均匀性有利于PBX炸药低速撞击过程热点形成,并导致点火速度阈值降低。当初始裂纹尺寸服从均匀分布U(0.8,1.2)时,点火速度阈值为36m·s^-1。当初始裂纹服从正态分布N(1,0.115)时,点火速度阈值为31m·s^-1。

关键词：爆炸力学初始裂纹 PBX炸药低速撞击点火速度阈值

重复冲击载荷下含初始裂纹结构大变形损伤规律研究

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重复冲击载荷下含初始裂纹结构大变形损伤规律研究

作者：王炜轩大连理工大学

学位级别：硕士

全球气候变暖,北极冰川融化的趋势已经难以改变。北极地区蕴含着十分丰富的石油、煤、天然气的自然资源,同时极区航道是连接东、西半球最短的航道,全世界对于北极地区的开发需求十分迫切。我国作为近北极国家,不论从科研、资源以及海上... 详细信息

全球气候变暖,北极冰川融化的趋势已经难以改变。北极地区蕴含着十分丰富的石油、煤、天然气的自然资源,同时极区航道是连接东、西半球最短的航道,全世界对于北极地区的开发需求十分迫切。我国作为近北极国家,不论从科研、资源以及海上运输等方面来看,北极地区对于我国具有重要意义。目前虽然北冰洋冰盖开始融化,但是在冬季仍然极难实现船舶的通行,大多数船舶只能在夏季期间内在冰区航行,夏季温度较高,大块的海冰会融化、解体形成许多较小的浮冰,而冰区航行的船舶会受到来自浮冰的重复冲击作用,受冲击的局部结构,特别是在含有因疲劳、刮碰等原因产生的裂纹时,会成为船体结构最脆弱的部位,从而威胁到船舶结构的安全。本文基于非线性有限元方法模拟了浮冰重复冲击船艏结构,并进行了应力分析,然后建立热点区域内的船体加筋板结构有限元模型,进行了不同工况下的重复冲击计算,分析结构的动态响应过程,分析其损伤机理。之后进一步考虑不同初始裂纹的影响,分析不同初始裂纹特征对浮冰重复冲击下船体结构动响应的影响规律。计算结果表明,浮冰冲击下船艏结构的最大应力出现在船尖附近的涉冰带结构上,浮冰重复冲击下,加筋板结构的冲击区域内的纵骨率先发生断裂破坏,而外板上仅产生塑性变形。裂纹的存在会降低构件的强度,同时会使得结构整体刚度减小,改变各构件在结构中的承载占比,从而影响结构的动响应,随着冲击次数增加,当结构损伤变形程度较高时,裂纹的影响则可以忽略。研究结果对冰区航行船舶的安全性评估和冰区加强结构设计具有一定的参考价值。

关键词：初始裂纹重复冲击船体结构动响应

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初始裂纹尺寸对疲劳可靠性的影响(英文)

船舶力学 2001年第6期5卷 50-54页

作者：邵文蛟大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023

疲劳是船舶、海洋工程和桥吊等钢结构的主要破坏机理之一。影响疲劳裂纹成长的因素具有随机性质。用Paris定律描述疲劳的扩展 ,假定疲劳裂纹初始具有半椭圆形状 ,且在裂纹扩展中保持着半椭圆形状。失效准则采用在具有N次应力周期的给定... 详细信息

疲劳是船舶、海洋工程和桥吊等钢结构的主要破坏机理之一。影响疲劳裂纹成长的因素具有随机性质。用Paris定律描述疲劳的扩展 ,假定疲劳裂纹初始具有半椭圆形状 ,且在裂纹扩展中保持着半椭圆形状。失效准则采用在具有N次应力周期的给定时间中裂纹超过临界尺寸。用Paris定律 ,结合改进的Ⅱ水平方法 ,对不同初始裂纹对断裂破坏的可靠度进行了分析计算。

关键词：钢结构船舶海洋工程疲劳强度可靠性分析初始裂纹

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水力冲击内蕴初始裂纹混凝土致裂机理

振动与冲击 2020年第14期39卷 130-135,141页

作者：刘佳亮张娣杜书健王海洋重庆交通大学重庆市交通运输工程重点实验室重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆交通大学交通土建工程材料国家地方联合工程实验室重庆400074

为研究水力冲击内蕴初始裂纹混凝土破碎机理,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了水力冲击含竖向裂纹混凝土数值模型,并基于图像处理技术,量化表征了混凝土致裂区破碎规律。研究表明:在初始裂纹弱作用区,水锤效应导致液固接触边界出... 详细信息

为研究水力冲击内蕴初始裂纹混凝土破碎机理,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了水力冲击含竖向裂纹混凝土数值模型,并基于图像处理技术,量化表征了混凝土致裂区破碎规律。研究表明:在初始裂纹弱作用区,水锤效应导致液固接触边界出现剪切断裂,贯通后形成近似"碗状"破碎坑;在初始裂纹强作用区,液固接触边界压剪应力和初始裂纹上部应力集中共同作用引发了初始裂纹上尖端裂纹;"水楔+砼楔"效应与初始裂纹下部应力集中导致了初始裂纹下尖端裂纹;水力冲击激发的应力波在自由边界和初始裂纹反射后相互叠加,引发了锥形裂纹;混凝土破碎度沿射流轴向呈非线性阶跃衰减,表明初始裂纹对混凝土破碎演化有明显阻断及强干扰作用。

关键词：水力冲击混凝土初始裂纹光滑粒子流体动力学(SPH) 图像处理技术