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POD和DMD方法对燃料棒流致振动特性的分析

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原子能科学技术 2024年第10期58卷 2162-2172页

作者：闵光云姜乃斌中山大学中法核工程与技术学院广东珠海519082 广东省极端条件重点实验室广东东莞523803

燃料棒的流致振动是造成燃料失效和反应堆停堆的重要因素之一,研究其流致振动机理非常必要。本文建立了燃料棒的高保真有限元模型,基于ANSYS Batch和随机振动理论批量计算了不同支撑刚度下燃料棒的流致振动响应,并搭建了1个流致振动响... 详细信息

燃料棒的流致振动是造成燃料失效和反应堆停堆的重要因素之一,研究其流致振动机理非常必要。本文建立了燃料棒的高保真有限元模型,基于ANSYS Batch和随机振动理论批量计算了不同支撑刚度下燃料棒的流致振动响应,并搭建了1个流致振动响应数据库。该数据库采用不同支撑刚度值来模拟和检查燃料棒可能遇到的情况。基于数据库组装快照矩阵,采用两种数据驱动方法(POD方法和DMD方法)搭建了1个高保真降阶模型(ROM),该ROM能够实现流致振动响应的快速重构。对比了POD方法和DMD方法重构燃料棒流致振动响应的效果以及各自的优点和缺点。研究发现:使用相同数量的模态重构燃料棒的流致振动响应时,POD方法的重构效果优于DMD方法;基于相同数量的模态重构时,刚度为1 N/mm的重构效果最差,这主要是因为刚度越小,频率越小,系统的振幅越大,需要更多数量的模态才能捕捉大幅振动带来的影响;DMD方法不仅能够高效地重构燃料棒的振动响应,还能够判断每个DMD模态的稳定性。

关键词： POD DMD 流致振动模态燃料棒

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强场激发里德堡态的激光包络调控

物理学报 2024年

作者：赵零一刘金磊江涛郎跃赵增秀国防科技大学理学院湖南省极端条件物理及应用重点实验室

强激光相干激发为里德堡态的产生和调控提供了新的手段。本文主要研究了不对称包络强激光场中里德堡态产生的动力学过程，发现里德堡态的产率随激光包络上升沿的持续时间增加。利用电离率与随时间变化的再捕获率的乘积计算里德堡态的布... 详细信息

强激光相干激发为里德堡态的产生和调控提供了新的手段。本文主要研究了不对称包络强激光场中里德堡态产生的动力学过程，发现里德堡态的产率随激光包络上升沿的持续时间增加。利用电离率与随时间变化的再捕获率的乘积计算里德堡态的布居，将定量再散射理论推广到强场激发过程中。通过分析里德堡态的产生窗口，得到了再捕获率的解析公式，发现再捕获率与包络形状呈负相关，并随剩余相互作用时间的增加而减小。

关键词：里德堡态强场激发超快动力学

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超快差示扫描量热数据的俯视法分析

物理学报 2024年第7期73卷 52-61页

作者：程琪孙永昊汪卫华北京大学化学与分子工程学院物理化学研究所北京分子科学国家研究中心北京100871 中国科学院物理研究所极端条件物理重点实验室北京100190 松山湖材料实验室东莞523808

超快差示扫描量热仪是第三代差热分析技术,可以实现最高60000 K/s的超快速加热和最高40000 K/s的超快速冷却,适合对熔点小于1000℃的物质或材料进行速率跨越五个数量级的反复原位升降温测试.该仪器独特的高速率在满足人们观测样品中毫... 详细信息

超快差示扫描量热仪是第三代差热分析技术,可以实现最高60000 K/s的超快速加热和最高40000 K/s的超快速冷却,适合对熔点小于1000℃的物质或材料进行速率跨越五个数量级的反复原位升降温测试.该仪器独特的高速率在满足人们观测样品中毫秒尺度上的结构转变需求的同时,也产生大量的数据.本文提出一种“俯视图”的数据分析方法,即将热流投影到温度-速率或温度-时间的平面,然后用颜色衬度代表热流强弱.该方法有效地解决速率或时间在“侧视图”上难以被区分和量化的问题,实现同时观测几个物理现象和比较其动力学行为的目的.本文以一种Au基非晶合金为例,从4篇代表性文献中的“侧视图”上采集数据,重新绘制出“俯视图”,比较两者的优缺点.上述方法具有普适性,适合对任何物质或材料的超快差示扫描量热数据进行分析.不仅如此,“俯视图”也为构建新材料的工艺相图、发现新的结构转变和探索不同物理现象的动力学行为提供支持和帮助.本文数据集可在https://***/10.57760/sciencedb.j00213.00012中访问获取.

关键词：差热分析非晶合金弛豫晶化

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大腔体压机腔体压强28 GPa的标定方法

高压物理学报 2024年第3期38卷 121-128页

作者：葛雨非由存王星淋连敏赵鑫宇丰丙涛马孝慈陶强胡阔刘兆东周强朱品文吉林大学物理学院超硬材料国家重点实验室综合极端条件高压科学中心吉林长春130012

在大腔体压机中,一般利用压标物质相变时的电阻变化进行腔体压强标定,但目前仍缺少在22.5~34.5 GPa区间的相变压标物质。地球深部矿物50%MgSiO_(3)-_(50)%Al_(2)O_(3)(En_(50)Cor_(50))在高温高压下转变为钙钛矿结构,且在27 GPa以上钙... 详细信息

在大腔体压机中,一般利用压标物质相变时的电阻变化进行腔体压强标定,但目前仍缺少在22.5~34.5 GPa区间的相变压标物质。地球深部矿物50%MgSiO_(3)-_(50)%Al_(2)O_(3)(En_(50)Cor_(50))在高温高压下转变为钙钛矿结构,且在27 GPa以上钙钛矿结构MgSiO_(3)中溶解的Al_(2)O_(3)含量随压力升高而增加。为此,选取En_(50)Cor_(50)作为大腔体压机中28 GPa的压标物质进行高压腔体压强的间接标定。首先,利用常用压标物质的相变进行腔体压强标定,得到低压区系统油压-腔体压强的校正曲线(6.0~22.5 GPa);随后,根据低压区校正曲线及前人对En_(50)Cor_(50)的研究结果,估算28 GPa腔体压强对应的系统油压;将En_(50)Cor_(50)在预估油压、2000 K温度条件下保温3~7 h;最后,利用X射线衍射、拉曼光谱、电子探针等手段对En_(50)Cor_(50)进行测试分析。结果表明:在该条件下成功合成了布里奇曼石,且Al2O_(3)的溶解度大于13.7%,对照前人的研究结果,确定样品腔体压强约为29 GPa。该方法成功标定了大腔体压机在28 GPa附近的腔体压强,填补了大腔体压机在该压强范围的标定空白。

关键词：大腔体压机压力标定 28 GPa 高温高压

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白炭黑/炭黑混合填料补强仿生橡胶的性能

高等学校化学学报 2024年第4期45卷 125-133页

作者：王珂王玉阁贺天成冯雪阳潘立佳陈思源尹园孙洪国郑雅芳卫来孙昭艳伊犁师范大学物理科学与技术学院新疆凝聚态相变与微结构实验室伊宁835000 中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室长春130022

白炭黑/炭黑混合填料是近年来发展最快的一种新型橡胶材料补强剂,主要用来改善橡胶材料的动态性能.为了探究混合填料比例和密炼工艺对仿生橡胶动静态力学性能的影响机制,设计了两组实验:(1)固定密炼时间为6 min,采用不同混合比例的白炭... 详细信息

白炭黑/炭黑混合填料是近年来发展最快的一种新型橡胶材料补强剂,主要用来改善橡胶材料的动态性能.为了探究混合填料比例和密炼工艺对仿生橡胶动静态力学性能的影响机制,设计了两组实验:(1)固定密炼时间为6 min,采用不同混合比例的白炭黑/炭黑填料填充仿生橡胶,并对其分散、拉伸、疲劳及滚动阻力等性能进行系统研究.结果表明,当白炭黑在填料中的质量分数下降,这是由于混合填料引起的分子链最大交联程度下降所致.进一步增加白炭黑含量,硫化胶的拉伸性能变化不明显,但分散等级由约1级提升至约9级,填料团聚体尺寸的减小使硫化胶的断裂伸长率和伸张疲劳寿命显著提高.(2)在固定混合比(填料中白炭黑的质量分数为75%)条件下,研究了密炼时间对硫化胶动静态力学性能的影响.结果表明,在2~10 min密炼时间范围内, 4 min密炼即显著提升拉伸强度、 300%定伸应力以及断裂伸长率,同时降低滚动阻力.主要原因是此时分子链的最大交联程度较大,分散等级和分散度较高.进一步延长密炼时间(6~10 min),填料在橡胶中易发生重新聚集,聚集体平均粒径增大且分散度下降,对橡胶的动静态性能会产生负面影响.

关键词：仿生橡胶白炭黑炭黑动静态力学性能

加工工艺对聚异戊二烯类橡胶炭黑分散性与力学性能的影响

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高等学校化学学报 2024年第6期45卷 148-162页

作者：冯雪阳王玉阁贺天成王珂潘立佳陈思源尹园孙洪国郑雅芳卫来孙昭艳伊犁师范大学物理科学与技术学院新疆凝聚态相变与微结构实验室伊宁835000 中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室长春130022

天然橡胶、异戊橡胶和仿生橡胶的主要成分均为顺-1,4-聚异戊二烯,但在蛋白质和磷脂等成分上存在一定差异.这些差异可能会导致橡胶对混炼工艺的响应不同,使填料在橡胶中的分散性产生差异,进而影响硫化胶的动静态性能.为了探究聚异戊二烯... 详细信息

天然橡胶、异戊橡胶和仿生橡胶的主要成分均为顺-1,4-聚异戊二烯,但在蛋白质和磷脂等成分上存在一定差异.这些差异可能会导致橡胶对混炼工艺的响应不同,使填料在橡胶中的分散性产生差异,进而影响硫化胶的动静态性能.为了探究聚异戊二烯类橡胶在不同混炼工艺下的填料分散性和胶料力学性能变化规律,本文以N220炭黑为填料,研究了天然橡胶、异戊橡胶和仿生橡胶这3种聚异戊二烯类橡胶在4种加工工艺下的炭黑分散性和动静态性能.研究结果表明,天然橡胶和异戊橡胶的填料分散性和力学性能对炭黑混入时间的响应程度更强,而仿生橡胶响应较弱.随着炭黑混入时间的延长,天然橡胶和异戊橡胶的平均聚集体粒径分别从约22和19μm下降到约9μm,下降程度较明显,动静态性能得到提升;而相同工艺条件下仿生橡胶的平均聚集体粒径从约20μm下降到约16μm,且炭黑分散状态较差.另一方面,仿生橡胶对塑炼时间响应更加敏感,延长塑炼时间能够显著降低炭黑的平均聚集体粒径并提升橡胶的伸张疲劳性能.为此,本文设计了较长时间(6 min)塑炼结合混炼的工艺,进一步提升了仿生橡胶的伸张疲劳性能.为了明晰仿生橡胶对混炼和塑炼工艺响应性产生差异的原因,探究了不同加工工艺条件下仿生橡胶门尼黏度和分子量的变化规律,发现适中的分子量以及较窄的分子量分布有利于提升胶料的伸张疲劳性能.

关键词：聚异戊二烯类橡胶炭黑分散加工响应力学性能

超快激光诱导Cu薄膜熔化的神经网络分子动力学研究

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金属学报 2024年第10期60卷 1439-1450页

作者：高天雨曾启昱陈博康冬冬戴佳钰国防科技大学理学院长沙410072 国防科技大学湖南省极端条件物理及应用重点实验室长沙410072

在飞秒激光作用下,材料将经历从凝聚态到高温高压状态、甚至是理想等离子体的剧烈结构转变。在理解这一过程的微观图像上,分子动力学模拟扮演着重要角色,但是对激光作用带来的激发态等问题,传统分子动力学描述存在原理上的困难。本工作... 详细信息

在飞秒激光作用下,材料将经历从凝聚态到高温高压状态、甚至是理想等离子体的剧烈结构转变。在理解这一过程的微观图像上,分子动力学模拟扮演着重要角色,但是对激光作用带来的激发态等问题,传统分子动力学描述存在原理上的困难。本工作结合温度依赖的神经网络原子间势能面与双温模型分子动力学方法,在量子精度下实现激光加热Cu薄膜的大尺度模拟,深入探讨了不同激光通量作用下的热力学状态时空演化与相变动力学,揭示了随着激光通量的增加,激光诱导的熔化动力学从非均匀熔化机制到均匀熔化机制发生转变的物理图像,为深入理解激光-物质相互作用过程提供了原子尺度的微观参考。

关键词：神经网络激光-物质相互作用熔化动力学双温模型

考虑非概率不确定性的复合材料壁板颤振可靠性优化方法

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振动工程学报 2024年第2期37卷 267-275页

作者：郑宇宁王一凡王淑玉刘晓华杨鑫鑫空间物理重点实验室北京100076

不确定因素普遍存在于气动弹性系统的优化设计中,但传统气动弹性优化设计技术并未考虑材料属性、大气环境、几何尺寸等不确定因素,存在最优化目标对设计参数变化敏感,也可能会发生预期之外的颤振失效。基于此,本文通过对传统优化模型中... 详细信息

不确定因素普遍存在于气动弹性系统的优化设计中,但传统气动弹性优化设计技术并未考虑材料属性、大气环境、几何尺寸等不确定因素,存在最优化目标对设计参数变化敏感,也可能会发生预期之外的颤振失效。基于此,本文通过对传统优化模型中目标函数的鲁棒性处理和对约束条件的可靠性处理,发展了计及可靠性与鲁棒性的区间优化模型,并将该优化模型应用于气动弹性系统的优化设计中。针对超声速气流下的复合材料层合板和蜂窝夹层板结构进行了考虑不确定性的颤振优化设计,在满足颤振约束指标的条件下,实现了结构减重的设计目标。

关键词：颤振复合材料壁板非概率鲁棒性优化设计

C与Na掺杂AlN电子结构与光学性质的第一性原理研究

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原子与分子物理学报 2024年第2期41卷 24-30页

作者：苏尔琴刘纪博李梦娜于宪省郭思嘉张丽丽赵旭才雷博程伊犁师范大学、物理科学与技术学院、新疆凝聚态相变与微结构重点实验室伊宁835000

基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法,计算了本征AlN,C-AlN,Na-AlN以及C-Na-AlN四种体系的电子结构和光学性质.得出结论:掺杂后各体系与本征AlN相比发生了晶格畸变,C-Na-AlN体系的结合能最小,体系最稳定.掺杂体系相比于本征AlN,禁... 详细信息

基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法,计算了本征AlN,C-AlN,Na-AlN以及C-Na-AlN四种体系的电子结构和光学性质.得出结论:掺杂后各体系与本征AlN相比发生了晶格畸变,C-Na-AlN体系的结合能最小,体系最稳定.掺杂体系相比于本征AlN,禁带宽度都有不同程度的减小,导致电子在体系内跃迁时的概率增大,其中C-Na-AlN体系尤为明显,电子跃迁所需要的能量更小.掺杂后吸收带边发生了红移,拓宽了AlN体系对光的响应范围,增强了光吸收,并且C-Na-AlN体系在可见光区域内光吸收能力最强,在介电函数图的分析中可以得到,C-Na-AlN体系的介电常数最大,表明其电荷束缚能力最强,体系稳定性强,极化能力最好.

关键词： AlN 电子结构光学性质第一性原理