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基于虚拟纤维的各向异性超弹性材料本构模型设计

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年第4期36卷 533-542页

作者：卢子璇何浩吴笛刘学慧中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100190 中国科学院软件研究所人机交互技术与智能信息处理实验室北京100190 中国科学院力学研究所微重力重点实验室北京100190

为了拓展图形学弹性体模拟中的各向异性超弹性虚拟材料种类,建立了基于虚拟纤维的本构模型.首先从能量可加性出发,将超弹性体应变能量密度函数分解为轴向、剪切、体积分量的纤维加和形式,然后建立单根纤维的轴向应变、剪切应变、体积应... 详细信息

为了拓展图形学弹性体模拟中的各向异性超弹性虚拟材料种类,建立了基于虚拟纤维的本构模型.首先从能量可加性出发,将超弹性体应变能量密度函数分解为轴向、剪切、体积分量的纤维加和形式,然后建立单根纤维的轴向应变、剪切应变、体积应变的应变度量,最后推导出各分量的应力表示.仿真实验使用基于四面体的非线性有限元法(finite element method,FEM),半隐式时间积分进行解算,并采用CPU串行算法,测试了不同场景下非线性能量函数以及纤维权重组合对虚拟纤维材料刚度、泊松效应、轴向特性的影响.结果表明,虚拟纤维本构模型具有大变形稳定性,材料参数设置可良好地展现上述物理特性,相比现有的横观各向同性模型具有更丰富的可调节能力.

关键词：各向异性材料有限元物理动画虚拟纤维

Mo/S共掺杂的石墨烯用于合成氨:密度泛函理论研究

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无机材料学报 2024年第5期39卷 561-568,I0009,I0010页

作者：李红兰张俊苗宋二红杨兴林江苏科技大学能源与动力学院镇江212003 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海200050

工业界普遍采用Haber-Bosch方法在高温(400~600℃)和高压(150~300 atm,1 atm=0.101325 MPa)条件下催化氮气裂解和加氢而合成氨气(NH_(3)),这不仅消耗大量能源,也给环境造成很大污染。为改变这种状况,探索常温常压条件下合成NH_(3)的全... 详细信息

工业界普遍采用Haber-Bosch方法在高温(400~600℃)和高压(150~300 atm,1 atm=0.101325 MPa)条件下催化氮气裂解和加氢而合成氨气(NH_(3)),这不仅消耗大量能源,也给环境造成很大污染。为改变这种状况,探索常温常压条件下合成NH_(3)的全新途径已成为研究热点。电催化还原N2合成NH_(3)是尚待探索的重点方向之一。本研究利用密度泛函理论计算,探讨了过渡金属元素(如Fe,Nb,Mo,W,Ru)和非金属元素(如B,P,S)共掺杂石墨烯作为该方向催化剂的可行性。结果表明,Mo和S(Mo/S)共掺杂石墨烯在NH_(3)合成中具有极低的电极电势(仅为0.47 V),其速率控制步骤涉及的中间产物为*NNH。NH_(3)合成电势比析氢反应的电势(0.51 V)低,说明N2还原制备NH_(3)具有选择性。经从头算的分子动力学计算验证,Mo/S共掺杂石墨烯体系在室温下具有良好的热力学稳定性。电子结构分析进一步揭示,过渡金属电子转移能力对高效N2电催化还原活性具有关键影响,可通过调控非金属元素对过渡金属周边配位环境的影响,优化过渡金属中心的电子结构,从而提高催化性能。

关键词：氮气还原反应密度泛函理论石墨烯热力学电催化

铜/钢爆炸焊接复合界面的显微组织及晶粒结构演化机理

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第5期34卷 1588-1605页

作者：杨明张冰原马宏昊王金相熊家艺南京理工大学瞬态物理全国重点实验室南京210094 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室合肥230026 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

采用光滑粒子仿真、先进表征和理论分析相结合的方法,对铜/钢复合材料爆炸焊接过程中的界面瞬态行为进行深入研究,并详细阐述其显微组织演化机制。根据仿真数据重构波形完整的演化过程,并揭示各种界面特征的形成机制。多尺度EBSD分析表... 详细信息

采用光滑粒子仿真、先进表征和理论分析相结合的方法,对铜/钢复合材料爆炸焊接过程中的界面瞬态行为进行深入研究,并详细阐述其显微组织演化机制。根据仿真数据重构波形完整的演化过程,并揭示各种界面特征的形成机制。多尺度EBSD分析表明,界面附近区域呈多样性的晶粒结构,其演化机制主要受塑性流动、动态再结晶和凝固形核三个过程的控制。最后,通过纳米压痕实验建立晶粒结构与力学性能之间的关系。

关键词：爆炸焊接铜/钢复合材料成波机理晶粒结构纳米压痕

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幂律梯度材料的热弛豫响应行为

爆炸与冲击 2024年第8期44卷 32-43页

作者：谢雨珊徐松林袁良柱陈美多王鹏飞中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

梯度材料热弛豫响应行为的理论研究对于热分析具有重要意义。结合Cattaneo-Vernotte线性双曲型热传导方程,推导得到幂律梯度材料的一维双曲型非傅里叶热传导方程。通过积分变换法,解得频域内温度场的贝塞尔级数形式解,随后利用极点留数... 详细信息

梯度材料热弛豫响应行为的理论研究对于热分析具有重要意义。结合Cattaneo-Vernotte线性双曲型热传导方程,推导得到幂律梯度材料的一维双曲型非傅里叶热传导方程。通过积分变换法,解得频域内温度场的贝塞尔级数形式解,随后利用极点留数法,得到时间域内温度场的第一类解析解。在第一类解析解的基础上,由简化欧拉方程解得第二类解析解。结合拉普拉斯数值逆变换方法,验证了解析解的准确性。以高温阻热梯度材料Mo-ZrC的应用为例,讨论了一般温度边界条件以及温度脉冲载荷作用下幂律梯度材料的热弛豫响应行为。分析发现,在所研究范围内温度场具备波动和传导衰减的双重特性。响应时间和温度幅值随着热弛豫时间系数的增大而增大,温度场分布和单元波形与梯度结构相关。

关键词：热弛豫响应 Mo-ZrC梯度材料贝塞尔级数拉普拉斯变换

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亚声速可压缩流场叶片边界层热线测速方法研究

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推进技术 2024年第4期45卷 222-232页

作者：张洲项效镕王立志佟鑫赵巍赵庆军中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100049 中国科学院工程热物理研究所轻型动力重点实验室北京100190

为了能够开发一种简单有效的亚声速可压缩流场叶片边界层速度测量方法,从而为叶型设计和相关数值研究工作提供支撑,本文围绕热线风速测量技术,针对可压缩流场密度变化对热线标定结果的影响,以及实际测量中速度、密度耦合而无法直接获取... 详细信息

为了能够开发一种简单有效的亚声速可压缩流场叶片边界层速度测量方法,从而为叶型设计和相关数值研究工作提供支撑,本文围绕热线风速测量技术,针对可压缩流场密度变化对热线标定结果的影响,以及实际测量中速度、密度耦合而无法直接获取的问题,通过理论分析,提出了适用于边界层测量的恒定压力热线标定方法和引入叶表稳态静压进行速度解耦的方法,并对所提出方法的主要误差进行了分析评估。在此基础上进行了热线标定和边界层速度测量试验验证,明确了恒定压力热线标定数学模型系数随压力的线性变化规律,同时针对温度非线性影响提出了一种基于过热比调整的修正方法,该方法能够将约13℃的温度偏差对热线电压的影响降低到1%以内,进一步简化了恒定压力热线标定流程,结合基于叶表稳态静压的速度解耦方法,为亚声速可压缩流场叶片边界层瞬态速度测量提供了一种简单可行的高频响测速方法。

关键词：压气机边界层热线风速仪可压缩流场叶栅

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可见光抗菌的单向导湿自泵织物

发光学报 2024年第5期45卷 853-860页

作者：王健时连鑫葛介超中国科学院理化技术研究所光化学转换与功能材料重点实验室北京100190 中国科学院大学未来技术学院北京100049 中国科学院理化技术研究所中国科学院仿生材料与界面科学重点实验室北京100190

具有湿度管理和抑菌性能的功能织物可以有效提高穿着舒适度。现有方法往往通过在亲水织物表面物理浸涂抗菌剂,虽然可起到短效抑菌作用,但会导致抗菌剂大量突释,引起皮肤不适,抗菌能力快速减弱。本文利用静电纺丝方法制备了一种掺杂可见... 详细信息

具有湿度管理和抑菌性能的功能织物可以有效提高穿着舒适度。现有方法往往通过在亲水织物表面物理浸涂抗菌剂,虽然可起到短效抑菌作用,但会导致抗菌剂大量突释,引起皮肤不适,抗菌能力快速减弱。本文利用静电纺丝方法制备了一种掺杂可见光激发抗菌光敏剂的自泵织物(Self-pumping textile,SPT),实现了汗液的单向移除同时高效抗菌。自泵织物由疏水的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)纤维和亲水的碱水解醋酸纤维素(CA)纤维组成,其中亲水纤维中掺杂了具有高活性氧产生能力的聚噻吩(PT2)光敏剂。在接触角导液模型中,我们证实了导液时间随疏水层厚度增加而延长,当疏水层电纺时间为60 s时,水分可以在10 s内从疏水层单向导出到亲水层。使用功率为25 mW/cm^(2)的氙灯光模拟日常太阳光进行抗菌,结果表明,10 min可以杀灭95%以上的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。本工作为功能性织物的设计提供了一种新的思路。

关键词：自泵织物单向导湿可见光抗菌光动力

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基于Tersoff势的晶格中波动传播

爆炸与冲击 2024年第9期44卷 34-47页

作者：周子清王鹏飞徐松林中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

在晶格间的Tersoff势作用下分别研究了单晶体系和多晶体系中的波动传播特性。首先,在微振动的情况下,分别基于晶格间线性作用、Tersoff势作用以及含缺陷的Tersoff势作用3种势能函数研究了单晶体系中格波的传播,得到了晶格中的色散关系... 详细信息

在晶格间的Tersoff势作用下分别研究了单晶体系和多晶体系中的波动传播特性。首先,在微振动的情况下,分别基于晶格间线性作用、Tersoff势作用以及含缺陷的Tersoff势作用3种势能函数研究了单晶体系中格波的传播,得到了晶格中的色散关系以及格波波速的表达式。其次,分别以碳晶格和硅晶格为例,运用有限差分方法,研究了3种势能作用下单晶体系中的波动传播过程,对比了压缩和拉伸冲击下晶格的运动差异,并讨论了入射速度对位移峰值和受力峰值的影响,揭示了单晶体系中波动传播与连续介质中波动传播的差异。最后,分别以金刚石和碳化硅为例,采用分子动力学模拟方法,研究了多晶体系中的波动传播特性,讨论了不同空间位置原子的运动差异。结果表明:多晶体系中晶格结构更复杂,其中的波动传播特性与单晶体系存在差异;缺陷的存在对波动传播规律影响显著,这种影响在多晶体系中表现得更加突出。

关键词：晶格动力学微振动 Tersoff势缺陷分子动力学

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储层流体可动性在油田开发中的应用及展望

西南石油大学学报（自然科学版） 2024年第1期46卷 1-20页

作者：谭锋奇马春苗黎宪坤静禹钱中国科学院大学地球与行星科学学院北京海淀100049 中国科学院计算地球动力学重点实验室北京海淀100049

储层微观孔喉内流体可动性研究对于储层的精确评价和油藏的高效开发具有重要意义,是油气藏提高采收率的必要条件。依据研究对象的差异性,将孔喉流体可动性的研究方法分为矿物成分、孔隙结构及流体动用3个维度。核磁共振技术能够快速准... 详细信息

储层微观孔喉内流体可动性研究对于储层的精确评价和油藏的高效开发具有重要意义,是油气藏提高采收率的必要条件。依据研究对象的差异性,将孔喉流体可动性的研究方法分为矿物成分、孔隙结构及流体动用3个维度。核磁共振技术能够快速准确地确定可动流体饱和度、可动流体孔隙度和束缚水饱和度等常用的可动流体参数,进而有效地对各类油气储层进行流体评价和产能预测。目前,国内外各大油田均采用核磁共振与其他实验手段相结合的方法来确定储层内流体的动用规律,并在致密砂砾岩、碳酸盐岩、煤层和油页岩等不同类型储层中取得了良好的应用效果。另外,为了达到对不同类型油气资源的有效勘探和高效开发,必须明确储层内流体可动性的控制因素。在已有研究成果的基础上,流体可动性控制因素可以分为宏观和微观两方面,其中,宏观因素主要包括沉积环境、成岩作用和岩相类型;微观因素主要包括孔喉结构、储层物性、矿物成分及水膜厚度等。目前,虽然流体可动性研究方法的种类已较为丰富,并且在不同类型油气资源的评价中取得了良好的应用效果,但是,在其应用的广度和精度上还需要进一步深入研究与探索,在后续的发展中可综合应用孔隙网络模型、油藏数值模拟、多参数评价指标以及联立地球化学参数等新思路和新方法,深入揭示微观孔喉流体可动性的渗流机理,不断提高可动流体综合评价的精度,为油藏开发方案的合理制定提供地质依据,推动石油行业的高效发展。

关键词：流体可动性研究方法影响因素致密储层核磁共振技术

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空间站舱内悬浮实验台制导控制方法

北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2930-2938页

作者：卢力铮刘伟张皓中国科学院太空应用重点实验室空间应用工程与技术中心北京100094 中国科学院大学北京100049

针对中国空间站舱内悬浮实验台微重力水平最优的控制问题,考虑舱内运动行程空间约束及各类不确定性因素的影响,以不同时长下的最优微重力水平为目标,提出基于凸优化的空间站舱内悬浮实验台自主轨迹规划方法和基于误差反馈控制的轨迹跟... 详细信息

针对中国空间站舱内悬浮实验台微重力水平最优的控制问题,考虑舱内运动行程空间约束及各类不确定性因素的影响,以不同时长下的最优微重力水平为目标,提出基于凸优化的空间站舱内悬浮实验台自主轨迹规划方法和基于误差反馈控制的轨迹跟踪方案。介绍悬浮实验台的结构,建立空间相对运动动力学模型,并将其线性化;通过凸优化的方法求解微重力水平最优的运动轨迹及相应的控制力序列;设计基于误差反馈的PID跟踪控制律,兼顾微重力水平的同时实现对优化轨迹的快速跟踪控制。数值仿真结果表明:当微重力科学实验时长需求为1 h时,最优微重力水平可达9.121×10^(−6)m/s^(2)。基于凸优化的空间站舱内悬浮实验台自主轨迹规划方法和基于误差反馈控制的轨迹跟踪方案,能够实现指定时长需求的最优微重力水平,给当前中等时长(1 h)最优微重力水平问题提供了解决思路,提升了中国空间站舱内悬浮实验台的应用价值。

关键词：凸优化悬浮实验台轨迹规划相对运动最优微重力水平