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Multiphysics processes in the interfacial transition zone of fiber-reinforced cementitious composites under induced curing pressure and implications for mine backfill materials: A critical review

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2023年第8期30卷 1474-1489页

作者： Brett Holmberg Liang Cui Department of Civil Engineering Lakehead UniversityThunder BayON P7B 5E1Canada

The mesoscale fiber-matrix interfacial transition zone(FM-ITZ) under induced curing pressure plays a key role in the effectiveness of fiber reinforcement and the engineering application of fiber-reinforced cementitious composites(FRCCs). This critical review establishes the link among induced curing pressure(i.e., external loading condition), Multiphysics processes(i.e., internal governing mechanism), and interface behavior(i.e., material behavior) for FRCC materials through analysis of the state-of-the-art research findings on the FM-ITZ of FRCC materials. The following results are obtained. For the mechanical process, the induced curing pressure changes the stress state and enhances multicracking behavior, which can strengthen the FM-ITZ. For the hydraulic process, the strengthened seepage of the FM-ITZ under induced curing pressure weakens the effective stress and exaggerates the deficiency in water retention capacity between the bulk matrix and the FMITZ. For the thermal process, the induced curing pressure causes a steep temperature gradient in the FM-ITZ and thus influences the temperature evolution and thermally-induced microcracks in the FM-ITZ. For the chemical process, the induced curing pressure enhances hydration kinetics and results in the formation of additional hydration products in the FM-ITZ. Moreover, recommendations are proposed on the basis of findings from this review to facilitate the implementation of fiber reinforcement in cemented paste backfill technology.

关键词： cemented paste backfill cementitious composites interfacial transition zone fiber reinforcement Multiphysics induced curing pressure

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Multiphysics simulation method of Lamb wavepropagation with piezoelectric transducers under load condition

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Chinese Journal of Aeronautics 2019年第5期32卷 1071-1086页

作者： Lei QIU Xixi YAN Xiaodong LIN Shenfang YUAN Research Center of Structural Health Monitoring and Prognosis State Key Lab of Mechanics and Control of Mechanical Structures Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Lamb Wave(LW) simulation under time-varying conditions is an effective and low cost way to study the problem of the low reliability of the structural health monitoring methods based on the LW and Piezoelectric Transducer(PT). In this paper, a Multiphysics simulation method of the LW propagation with the PTs under load condition is proposed. With this method, two key mechanisms of the load influence on the LW propagation are considered and coupled with each other. The first mechanism is the acoustoelastic effect which is the main reason of the LW velocity change. The second key mechanism is the load influence on piezoelectric materials, which results in a change of the amplitude. Based on the computational platform of the COMSOL Multiphysics, a Multiphysics simulation model of the LW propagation with the PTs under load condition is established. The simulation model includes two physical phenomena. The first one is called solid mechanics, which is used to simulate the acoustoelastic effect being combined with the hyperelastic material properties of the structure in which the LW propagates. The second one is called electromechanical coupling, which considers the simulation of the piezoelectric effect of the PTs for the LW excitation and sensing. To simulate the load influence on piezoelectric materials, a non-linear numerical model of the relationship between the load and the piezoelectric coefficient d31 is established based on an experiment of the load influence on the LW. The simulation results under uniaxial tensile load condition are obtained and are compared with the data obtained from the experiment. It shows that the variations of the phase velocity and amplitude of the LW obtained from the simulation model match the experimental results well.

关键词： Acoustoelastic effect Lamb wave Multiphysics simulation Piezoelectric coefficient Structural health monitoring Time-varying condition

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A Multiphysics model for studying transient crevice corrosion of stainless steel

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Journal of Materials Science & Technology 2021年第1期60卷 186-196页

作者： Jiawei Ding Haitao Wang En-Hou Han CAS Key Laboratory of Nuclear Materials and Safety Assessment Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang110016China School of Materials Science and Engineering University of Science and Technology of ChinaHefei230026China

The transient crevice corrosion behavior of 304 stainless steel in NaCl solution has been investigated by a Multiphysics coupling model.The model considers local electrochemical reactions,transport of diffe rent species,and homogeneous reactions.The moving mesh method is used to obtain the geometrical change of the crevice wall with time due to corrosion.The level set method is employed to quantitatively describe the influence of the precipitation process on electrochemical reactions.The transient crevice corrosion morphology,potential and current distributions,and pH and chloride ion concentration distributions are obtained by simulation.The effect of crevice geometry factors on the corrosion process is also discussed.The simulation results are in good agreement with the experiments,showing that the model has high reliability.

关键词： Stainless steel Crevice corrosion Simulation Multiphysics Transient behavior

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Experimental investigation of omnidirectional Multiphysics bilayer invisibility cloak with anisotropic geometry

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Chinese Physics B 2024年第3期33卷 649-658页

作者：丰火雷张兴伟周利敏张悦凯倪玉山 Department of Aeronautics and Astronautics Fudan UniversityShanghai 200433China Key Laboratory of Advanced Ship Materials and Mechanics College of Aerospace and Civil EngineeringHarbin Engineering UniversityHarbin 150001China

Thermal-electric bilayer invisibility cloak can prevent the heat flux and electric current from touching the object without distorting the external temperature and electric potential fields simultaneously.In this paper,we design an omnidirectional thermal-electric invisibility cloak with anisotropic geometry.Based on the theory of neutral inclusion,the anisotropic effective thermal and electric conductivities of confocal elliptical bilayer core-shell structure are derived,thus obtaining the anisotropic matrix material to eliminate the external disturbances omnidirectionally.The inner shell of the cloak is selected as an insulating material to shield the heat flux and electric current.Then,the omnidirectional thermal-electric cloaking effect is verified numerically and experimentally based on the theoretical anisotropic matrix and manufactured composite structure,respectively.Furthermore,we achieve the thermal-electric cloaking effect under a specific direction of heat flux and electric current using the isotropic natural materials to broaden the selection range of materials.The method proposed to eliminate anisotropy and achieve the omnidirectional effect could also be expanded to other different physical fields for the metadevices with different functions.

关键词： omni-directionality Multiphysics bilayer confocal ellipse invisibility cloak

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基于COMSOL Multiphysics模型的液态罐头食品热杀菌过程模拟研究

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中国食品学报 2014年第11期14卷 76-82页

作者：王亮周建伟徐剑刘东红浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058 浙江大学宁波理工学院浙江宁波315100

以水和CMC溶液为研究对象,通过无线实时温度传感器检测热杀菌过程中罐中心温度的变化,并以COMSOL Multiphysics软件为基础建立传热模型。对比模拟结果与实际数据发现模型能很好地模拟罐中心点温度的变化。在此基础上,进一步用COMSOL Mul... 详细信息

以水和CMC溶液为研究对象,通过无线实时温度传感器检测热杀菌过程中罐中心温度的变化,并以COMSOL Multiphysics软件为基础建立传热模型。对比模拟结果与实际数据发现模型能很好地模拟罐中心点温度的变化。在此基础上,进一步用COMSOL Multiphysics软件模拟整罐空间的温度分布、速度分布及致死率值,得出在50 s与4 000 s时,水的最大流动速度分别为6.36 mm/s和5.05 mm/s,1%CMC溶液的最大流动速度分别为0.394 mm/s与1.124 mm/s,罐内最慢加热区（SHZ）位于罐体高度10%-30%处,与文献一致。杀菌结束时,水的最大、最小致死率值相差0.6min,而1%CMC与2.5%CMC溶液最大、最小致死率相差分别为12.4 min和18.86 min,这表明对于较高黏度的食品应采用旋转杀菌。

关键词：热杀菌 COMSOL Multiphysics 模拟

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基于COMSOL Multiphysics的金枪鱼罐头热杀菌过程数值模拟

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中国食品学报 2015年第3期15卷 82-88页

作者：王亮周建伟邵澜媛刘东红王求娟陈义方浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058 浙江大学宁波理工学院浙江宁波315100 宁波今日食品有限公司浙江宁波315502

以COMSOL Multiphysics软件为基础,建立纯传导和固液混合两种模型来模拟金枪鱼罐头的热杀菌过程。通过无线温度传感器检测热杀菌过程中130 g金枪鱼与55 g,4%Na Cl卤水罐头中心温度的变化,结果发现：固液混合模型的预测结果与试验数据十... 详细信息

以COMSOL Multiphysics软件为基础,建立纯传导和固液混合两种模型来模拟金枪鱼罐头的热杀菌过程。通过无线温度传感器检测热杀菌过程中130 g金枪鱼与55 g,4%Na Cl卤水罐头中心温度的变化,结果发现：固液混合模型的预测结果与试验数据十分吻合,而纯传导模型明显低估了罐内温度传递。在此基础上,用固液混合模型模拟工业杀菌条件（10 min-60 min-10 min/116℃）下金枪鱼罐头内的温度分布、速度分布及致死率值,结果发现最慢加热区（SHZ）位于罐高的22.9%-50%之间,最慢冷却区（SCZ）位于罐高的50%-81%处。在升温和降温阶段,罐内液体流速可达4.41 mm/s。杀菌结束时罐内最大与最小致死率值相差4.93 min,而中心点致死率与最小致死率相差很小。本文建立的模型可为金枪鱼罐头的热杀菌优化提供参考。

关键词：热杀菌 Comsol Multiphysics 模拟金枪鱼罐头

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基于COMSOL Multiphysics模型的瓶装液态食品巴氏灭菌过程的数值模拟研究

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中国食品学报 2015年第9期15卷 158-164页

作者：周建伟袁剑王亮刘东红浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058 浙江大学宁波理工学院浙江宁波315100 宁波今日食品有限公司浙江宁波315502 浙江大学馥莉食品研究院杭州310058

以0.3%CMC溶液为研究对象,基于COMSOL Multiphysics软件建立二维传热模型模拟瓶装液态食品的巴氏灭菌过程。采用无线温度传感器对巴氏灭菌过程中瓶内温度的变化进行验证,发现模型预测的温度变化很好地拟合了所测温度的变化。在此基础上,... 详细信息

以0.3%CMC溶液为研究对象,基于COMSOL Multiphysics软件建立二维传热模型模拟瓶装液态食品的巴氏灭菌过程。采用无线温度传感器对巴氏灭菌过程中瓶内温度的变化进行验证,发现模型预测的温度变化很好地拟合了所测温度的变化。在此基础上,用COMSOL Multiphysics软件模拟玻璃瓶内的温度分布、速度分布及致死率值。结果:玻璃瓶装液态食品巴氏灭菌过程中存在明显的自然对流现象,最慢加热区(SHZ)在受热过程中逐渐下移,最终位于距离瓶底部0.98 cm处。瓶中液体在加热开始时流动速度最快,达12.89 mm/s,随后逐渐减小,加热1 800 s后降为0.314 mm/s。杀菌结束后最低温度点与杀菌值最小点不在同一处,两点的致死率值变化差异很小。整个玻璃瓶内的最大、最小致死率值相差10.5 min,表明杀菌过程可能存在某些部位杀菌不足,而某些部位过杀菌的现象。

关键词：巴氏灭菌 COMSOL Multiphysics 数值模拟

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基于COMSOL Multiphysics对Cu_2S量子点的表面等离激元共振模拟研究

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物理学报 2013年第19期62卷 469-474页

作者：王玥刘丽炜胡思怡李其扬孙振皓苗馨卉杨小川张喜和长春理工大学理学院长春130000 西南技术物理研究所成都610041

Cu2S量子点作为一种新型半导体纳米材料以其特有的化学及光学性质而越来越被人们所关注.本文通过应用COMSOL Multiphysics4.2a这一基于有限元法的模拟软件,运用其中的电磁波模块,结合Maxwell电磁波理论对影响Cu2S量子点产生表面等离激... 详细信息

Cu2S量子点作为一种新型半导体纳米材料以其特有的化学及光学性质而越来越被人们所关注.本文通过应用COMSOL Multiphysics4.2a这一基于有限元法的模拟软件,运用其中的电磁波模块,结合Maxwell电磁波理论对影响Cu2S量子点产生表面等离激元共振的条件做出了模拟分析,运用Kretschmann棱镜耦合系统建立了理论模型,通过改变量子点的粒径、有机溶剂的折射率、入射光的波长以及对量子点进行包裹等方式,模拟出在不同条件下Cu2S量子点产生表面等离激元共振信号的情况,为Cu2S量子点在表面等离激元共振传感中的实际应用提供了理论依据和参考.

关键词： COMSOL Multiphysics Cu2S量子点表面等离激元共振有限元法

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基于COMSOL Multiphysics数学模块的冻土水热耦合分析

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科学技术与工程 2018年第33期18卷 7-12页

作者：张明礼郭宗云韩晓斌王斌魏浩田高樯兰州理工大学土木工程学院兰州730050 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730000 甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所兰州730000 河北工程大学土木工程学院邯郸056038

多年冻土内部的水热过程是影响冻土区生态环境演变、干旱区水资源利用及地表工程结构稳定性的重要因素。然而传统的水热耦合理论模型忽略了非饱和土体中水分对流传热作用,在水分场与温度场耦合理论模型的数值实现上仍有困难。以垂直土... 详细信息

多年冻土内部的水热过程是影响冻土区生态环境演变、干旱区水资源利用及地表工程结构稳定性的重要因素。然而传统的水热耦合理论模型忽略了非饱和土体中水分对流传热作用,在水分场与温度场耦合理论模型的数值实现上仍有困难。以垂直土柱单向冻结实验为基础,通过COMSOL Multiphysics软件的数学模块实现考虑冰水相变和水分对流的温度场和水分场偏微分方程的耦合求解,分析了冻土水分对流与温度变化的关系。结果表明:(1)COMSOL可以实现冻土水热参数、冰水相变潜热以及边界条件的灵活定义,容易实现水热两场耦合分析;(2)对于含水量较高的土体,水分对流传热作用不可忽略。

关键词：冻土水热耦合 COMSOL Multiphysics 偏微分方程含冰量

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基于COMSOL Multiphysics压电铌酸锂晶片仿真

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压电与声光 2015年第2期37卷 291-293页

作者：高霞王志斌中北大学物理系山西太原030051 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心山西太原030051

压电换能器是声光可调谐滤波器(AOTF)的基础元件,而换能器的核心部件是压电铌酸锂晶片,其性能直接影响AOTF的性能。该文利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件对压电铌酸锂晶片进行有限元仿真分析,基于COMSOL Multiphysics的压电模块... 详细信息

压电换能器是声光可调谐滤波器(AOTF)的基础元件,而换能器的核心部件是压电铌酸锂晶片,其性能直接影响AOTF的性能。该文利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件对压电铌酸锂晶片进行有限元仿真分析,基于COMSOL Multiphysics的压电模块,对超声换能器的压电铌酸锂晶片进行了瞬态分析。通过瞬态分析得到了压电铌酸锂晶片随时间变化的位移图。

关键词：声光可调谐滤波器(AOTF) 铌酸锂 COMSOL Multiphysics 压电换能器有限元仿真分析

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