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甲烷在钠基蒙脱土吸附的第一性原理研究

原子与分子物理学报 2025年第2期42卷 8-14页

作者：方志杰李博宋昌辉刘美玲何秋芝刘翔莫曼广西科技大学电子工程学院柳州545006 广西科技大学土木建筑工程学院柳州545006 广西科技大学医学部柳州545006

随着经济的发展,能源需求日益增加,为了弥补国内少油缺气短板,页岩气的开发成为近期新能源的热点,探索页岩气储存规律是页岩气能源开发的关键所在.本文采用密度泛函理论的第一性原理方法,计算甲烷(CH_(4))在钠基蒙脱土表面和层间的吸附... 详细信息

随着经济的发展,能源需求日益增加,为了弥补国内少油缺气短板,页岩气的开发成为近期新能源的热点,探索页岩气储存规律是页岩气能源开发的关键所在.本文采用密度泛函理论的第一性原理方法,计算甲烷(CH_(4))在钠基蒙脱土表面和层间的吸附能,对比吸附前后的态密度和物理结构以及差分电荷密度.结果表明:钠基蒙脱土表面吸附中,甲烷最佳选择是桥位,吸附能为-0.08eV,被吸附后甲烷的键长和键角变化率均小于0.96%.层间吸附中,伴随着甲烷吸附量增加,纳基蒙脱土体积向c轴方向线性增加,a、b轴方向则变化不大.总态密度随着吸附量的增加,总能级数量也增加,甲烷分子的分波态密度峰向低能级移动.本文的研究成果,从原子角度分析了甲烷在蒙脱石表面以及层间的吸附能力,为解释页岩气在页岩储存规律提供理论依据.

关键词：钠基蒙脱土第一性原理甲烷吸附态密度

水泥-蔗渣灰-陶瓷粉三元胶凝材料体系早期水化研究

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三峡大学学报（自然科学版） 2025年第1期47卷 73-80页

作者：王晶杨玉柱黄维蓉广西交通职业技术学院南宁530023 广西大学土木建筑工程学院南宁530004 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

为探究工业固废蔗渣灰、陶瓷粉作为辅助胶凝材料在水泥基材料中的适用性,本文通过单纯型重心设计方法对水泥-蔗渣灰-陶瓷粉三元胶凝体系进行混料设计,并通过凝结时间、水化热与氢核磁共振探究其早期水化性能.研究表明:蔗渣灰与陶瓷粉均... 详细信息

为探究工业固废蔗渣灰、陶瓷粉作为辅助胶凝材料在水泥基材料中的适用性,本文通过单纯型重心设计方法对水泥-蔗渣灰-陶瓷粉三元胶凝体系进行混料设计,并通过凝结时间、水化热与氢核磁共振探究其早期水化性能.研究表明:蔗渣灰与陶瓷粉均会延长水泥浆体的凝结时间,陶瓷粉的延缓幅度更大;水泥浆体水化放热峰会随着蔗渣灰掺量的增加而后移,随陶瓷粉掺量的增加而略微向前移,且蔗渣灰与陶瓷粉的掺入都会使浆体水化放热降低,72h水化程度也会降低;蔗渣灰与陶瓷粉的掺入会增加氢核磁共振信号强度,其中水泥-蔗渣灰组合的信号强度更高.水泥-蔗渣灰-陶瓷粉有较好的协同作用,三元体系可以制备凝结时间符合规范要求、水化热较低的胶凝材料,试验成果为工业固废的绿色应用以及低热混凝土的制备提供参考.

关键词：水泥蔗渣灰陶瓷粉早期水化氢核磁共振水化程度

CFRP-钢复合筋珊瑚海砂海水混凝土梁正截面受弯承载力及设计方法

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建筑结构学报 2025年第1期 173-188页

作者：周济陈宗平周志飞劳国威马志鑫李柏均南京林业大学土木工程学院广西大学土木建筑工程学院南宁学院土木与建筑工程学院

结合CFRP-钢复合筋珊瑚海砂海水混凝土梁的受力特点，建立了此类梁的截面应力状态分析模型，推导了正截面开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩的计算公式。为验证公式的正确性，开展了20根CFRP-钢复合筋珊瑚海砂海水混凝土梁和1根CFRP-钢复合... 详细信息

结合CFRP-钢复合筋珊瑚海砂海水混凝土梁的受力特点，建立了此类梁的截面应力状态分析模型，推导了正截面开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩的计算公式。为验证公式的正确性，开展了20根CFRP-钢复合筋珊瑚海砂海水混凝土梁和1根CFRP-钢复合筋普通混凝土梁的受弯性能试验。试验结果表明：结合不同破坏模式下梁的截面应力状态分析，所推导的正截面特征点弯矩计算公式的计算值与试验值相对误差小于15%。采用建议的计算公式对相关研究中FRP-钢复合筋混凝土梁的极限弯矩进行验算，极限弯矩计算公式可较为准确地评估梁的受弯承载力。同时，所建立的截面刚度和裂缝宽度计算公式适用于计算CFRP-钢复合筋珊瑚海砂海水混凝土梁的变形和最大裂缝宽度。基于承载力、变形和裂缝宽度计算公式，提出了CFRP-钢复合筋珊瑚海砂海水混凝土梁的正截面设计方法，并通过设计实例给出截面设计和截面校核的计算过程，可为此类梁的设计应用提供参考。

关键词：珊瑚海砂海水混凝土梁 CFRP-钢复合筋正截面承载力静力试验设计方法

FRP圆管增强不锈钢海水海砂混凝土方柱轴压性能试验研究及承载力计算

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建筑结构学报 2025年第1期 160-172页

作者：陈宗平赵杨杰周济梁延梁莹广西大学土木建筑工程学院南宁学院土木与建筑工程学院广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室南京林业大学土木工程学院

为研究内圆FRP外方不锈钢双管复合约束海水海砂混凝土柱轴压受力性能，以FRP类型(CFRP、GFRP、BFRP、AFRP)和FRP管厚度为变化参数，完成15个内圆FRP管外方不锈钢双管海水海砂混凝土柱和2个普通方不锈钢管海水海砂混凝土柱的轴心受压试... 详细信息

为研究内圆FRP外方不锈钢双管复合约束海水海砂混凝土柱轴压受力性能，以FRP类型(CFRP、GFRP、BFRP、AFRP)和FRP管厚度为变化参数，完成15个内圆FRP管外方不锈钢双管海水海砂混凝土柱和2个普通方不锈钢管海水海砂混凝土柱的轴心受压试验，观察其受力破坏全过程及破坏形态，获取荷载-位移曲线和应力-应变数据，并对其破坏形态、轴压承载力、能量耗散、延性、损伤演化等受力性能进行分析。研究结果表明：柱破坏模式大多数呈现鼓曲褶皱破坏，内置FRP管有效改善了方不锈钢管对混凝土约束不均匀的缺点；内圆FRP管与外方不锈钢管之间有良好的协同工作能力；内圆FRP外方不锈钢双管复合柱比普通方不锈钢管柱具有更好的轴压承载能力和变形能力，其中内置CFRP管的提高效果最优，其次是AFRP管，二者轴压承载力较普通方不锈钢管柱分别提高24.2%、15.5%；同时，随着FRP管厚度的增加，柱表现出更优良的轴压性能。基于“复合约束叠加法”推导的内圆FRP外方不锈钢双管海水海砂混凝土柱轴压承载力计算与试验值吻合较好，相对误差在10%以内。

关键词：不锈钢方钢管海水海砂混凝土 FRP圆管静力试验轴压性能承载力计算

基于微形态模型的颗粒材料中波的频散现象研究

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力学学报 2018年第2期50卷 315-328页

作者：修晨曦楚锡华武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072

基于颗粒材料冲击与波动响应特性的调控波传播行为的超材料设计受到广泛关注,设计这类材料需要对颗粒材料的波传播机制及调控机理有深入认识.波在颗粒材料中传播的频散现象及频率带隙等行为与材料的非均匀性密切相关,通常讨论频散现象... 详细信息

基于颗粒材料冲击与波动响应特性的调控波传播行为的超材料设计受到广泛关注,设计这类材料需要对颗粒材料的波传播机制及调控机理有深入认识.波在颗粒材料中传播的频散现象及频率带隙等行为与材料的非均匀性密切相关,通常讨论频散现象是基于弹性理论框架建立微结构连续体或高阶梯度连续体等广义连续体模型来进行.本研究基于细观力学给出了一个颗粒材料的微形态连续体模型.在该模型中,考虑了颗粒的平动和转动,且颗粒间的相对运动分解为两部分:即宏观平均运动和细观真实运动.基于此分解,提出了一个完备的变形模式,得到了对应于不同应变及颗粒间运动的宏细观本构关系.结合宏观变形能的细观变形能求和表达式,获得了基于细观量表示的宏观本构模量.应用所建议模型考察了波在弹性颗粒介质的传播行为,给出了不同形式的波的频散曲线,结果显示此模型具有预测频率带隙的能力.

关键词：颗粒材料微形态模型波传播频散频率带隙

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Lode角对应力张量偏导数的基本性质

固体力学学报 2012年第3期33卷 296-301页

作者：徐远杰楚锡华余村武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072

为计及岩土类材料塑性力学行为的中主应力影响或应力路径相关性,通常将应力张量Lode角/Lode数引入屈服函数与塑性势函数.由此在计算塑性应变增量时必然涉及Lode角/Lode数对应力的导数张量(记为T).然而,应力张量主值有重根时T的计算存在... 详细信息

为计及岩土类材料塑性力学行为的中主应力影响或应力路径相关性,通常将应力张量Lode角/Lode数引入屈服函数与塑性势函数.由此在计算塑性应变增量时必然涉及Lode角/Lode数对应力的导数张量(记为T).然而,应力张量主值有重根时T的计算存在困难.论文给出了T的主值计算方法及谱分解表达式并详细讨论了张量T的基本性质.

关键词： Lode角应力张量主值不变量导数

含孔洞Cu_(64)Zr_(36)及Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料拉伸变形的分子动力学研究

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材料导报 2024年第15期38卷 235-240页

作者：李泽政申宏飞吴文平武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072

本工作采用分子动力学模拟研究了含孔洞Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃和Cu/Cu_(64)Zr_(36)晶体/非晶复合材料的拉伸变形行为。结果表明:Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃在加载过程中由孔洞引起的应变集中导致剪切转变区(STZ)被激活并诱发剪切带的形成,... 详细信息

本工作采用分子动力学模拟研究了含孔洞Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃和Cu/Cu_(64)Zr_(36)晶体/非晶复合材料的拉伸变形行为。结果表明:Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃在加载过程中由孔洞引起的应变集中导致剪切转变区(STZ)被激活并诱发剪切带的形成,而Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料通过晶体相中的位错滑移有效避免了灾难性剪切局部化,阻碍了剪切带的扩展。应变局部化程度出现台阶式的跳跃主要由位错的成核和发射引起,而应变局部化程度的缓慢增加与STZ的激活有关,一旦剪切带形成会导致应变局部化程度的快速增加。孔洞的存在改变了剪切应变和非仿射平方位移的分布,原子剪切应变和非仿射平方位移最小值D_(min)^(2)的最大值总是分布在孔洞周围,使其成为最有可能位错成核、STZ激活并诱发剪切带形成的位点。大量的位错运动和均匀的STZ激活是提高复合材料整体塑性的主要原因,晶体相中位错密度的变化与非晶相中的剪切带活动密切相关。当剪切带扩展受阻,只出现均匀的STZ激活,位错密度基本保持不变,应力累积。一旦STZ局部化,重新诱发剪切带的扩展,位错密度增加和应力释放,这也是Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料应力波动的主要原因。

关键词： Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料剪切带剪切转变区位错分子动力学模拟

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非均质材料动力分析的广义多尺度有限元法

力学学报 2016年第2期48卷 378-386页

作者：卓小翔刘辉楚锡华徐远杰武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072

自然界和工程中的大部分材料都具有多尺度特征,当考察尺度小到一定程度后,都将表现出非均质性.针对非均质材料的动力问题,提出了一种广义多尺度有限元方法,其基本思想是利用静态凝聚法以及罚函数法构造能够反映单元内部材料非均质特性... 详细信息

自然界和工程中的大部分材料都具有多尺度特征,当考察尺度小到一定程度后,都将表现出非均质性.针对非均质材料的动力问题,提出了一种广义多尺度有限元方法,其基本思想是利用静态凝聚法以及罚函数法构造能够反映单元内部材料非均质特性的多尺度位移基函数.与传统扩展多尺度有限元法中的基函数构造方式不同,广义多尺度有限元法的基函数无需通过在子网格域上多次求解椭圆问题得到,而可直接通过矩阵运算获得.其主要步骤如下:利用数值基函数将一个非均质单胞等效为一个宏观单元,进而形成整个结构的等效刚度矩阵,并得到宏观网格的节点位移,最后再次利用数值基函数得到微观尺度上的位移结果.该广义多尺度有限元法是扩展多尺度有限元法的一种新的拓展,可模拟具有更加复杂几何的非均质单胞的力学行为.通过数值算例,模拟了非均质材料的静力问题、广义特征值问题以及瞬态响应问题,计算结果表明:在边界条件一样的情况下,广义多尺度有限元法的计算结果与传统有限元的计算结果保持高度一致.与传统有限元相比,该方法在保证计算精度的同时极大地提高了计算效率.研究结果表明,广义多尺度有限元法能够很好地模拟非均质单胞的力学行为,具有良好的工程应用潜力.

关键词：非均质材料动力分析广义多尺度有限元法基函数

非晶合金理想裂纹预制方法及其在小试样KIc测试中的应用

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力学学报 2020年第2期52卷 392-399页

作者：谢怡玲刘泽武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072

介绍了一种简单、低成本且可靠的方法在非晶合金中预制理想裂纹并应用于小试样平面应变断裂韧性的测试.近年来,非晶合金由于高弹性、高强度、耐磨及软磁性等优异性能展示了广泛的应用前景.断裂韧性作为材料工程应用的一个重要指标,也引... 详细信息

介绍了一种简单、低成本且可靠的方法在非晶合金中预制理想裂纹并应用于小试样平面应变断裂韧性的测试.近年来,非晶合金由于高弹性、高强度、耐磨及软磁性等优异性能展示了广泛的应用前景.断裂韧性作为材料工程应用的一个重要指标,也引起了非晶合金领域的广泛关注.然而,由于非晶合金的亚稳态结构以及最大可铸造尺寸的限制,目前关于非晶合金断裂韧性的测试还存在较大的挑战.一方面,铸造工艺造成的非晶合金热历史的差异、内部微孔洞和杂质等缺陷以及裂纹预制方式等都会显著影响其断裂韧性测试的可靠性;另一方面,非晶合金可铸造尺寸的限制使得目前绝大多数报导的断裂韧性值都是非平面应变的断裂韧性,导致即使是对于同种非晶合金,所报导的断裂韧性值也存在较大偏差.本文利用非晶合金在过冷液相温度下具有可热塑性成型的特性,对预制有缺口的非晶合金试样进行局部压缩成型,使得预制的缺口裂纹重新闭合形成类似疲劳裂纹的理想裂纹面.基于该方法对Zr基非晶合金进行断裂韧性测试,实验结果表明,随着试样厚度的增加,测试值迅速降低并趋向于一个定值.需要指出的是,通过设计实验使得试样在理想裂纹面区域形成局部凹陷,使得趋于定值的试样厚度远小于平面应变断裂韧性测试标准中的试样厚度要求.

关键词：断裂韧性非晶合金预制裂纹热塑性成型