地震时桥梁碰撞分析的等效Kelvin撞击模型

建立地震时桥梁碰撞分析的Kelvin撞击模型的参数确定方法。基于Hertz接触理论,考虑波动效应,按照最大撞击力与最大撞击变形的比值,确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度;数值分析了影响Kelvin撞击模型阻尼系数取值的邻梁碰撞恢复系数。结果表明:Kelvin撞击模型的碰撞刚度随Hertz接触刚度、撞击速度以及短梁与长梁的长度比的增大而增大;波动效应对碰撞刚度的影响明显,不能忽略;邻梁碰撞恢复系数随撞击速度增大而减小,随短梁与长梁的长度比减小而减小;确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度和邻梁碰撞恢复系数对城市桥梁的合理取值范围应分别为3×105kN/m―6×105kN/m和0.7―0.95。

凯尔文电桥实验的分析

在凯尔文电桥中,待测电阻端和标准电阻端也存在接触和引线电阻,然而这些接触和引线电阻很少被关注且对电阻测量的影响一直不清楚。研究了凯尔文电桥中并入待测电阻端和标准电阻端的接触和引线电阻对测量结果的影响并给出了减小影响的方法。研究发现:凯尔文电桥的倍率大于1时,测量值的误差随倍率的增大而增大;另外,倍率小于1时,测量值的误差随倍率的增大而减小;最后,倍率约等于1时,测量值的误差最小。研究表明:采用倍率约为1的电桥,并入待测电阻端和标准电阻端的接触和引线电阻可以近似不影响测量结果。

超高真空原子尺度Au_(x)/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.

二氧化钛表面接触电位差测试设计与分析

作为光催化剂模型材料的金红石型二氧化钛(110)结构,同时针对金红石型二氧化钛(110)提出了接触电位差(CPD)的2种测试方法,包括二次扫描法与原子追踪2D测试法。基于超高真空超低温调频原子力显微镜与开尔文探针力显微镜(UHV-ULT-NC-AFM/KPFM)测试技术,通过对探针的修饰,完成了金红石型二氧化钛(110)表面CPD的表征。实验发现由于Smoluchowski效应,二氧化钛(110)表面台阶上CPD可减少0.2 V,同时研究了CPD减少与光催化活性的关系。为后期相关研究实验奠定了基础。

904L超级奥氏体不锈钢焊接接头的耐腐蚀性能研究

为了研究904L超级奥氏体不锈钢焊接接头在模拟核电厂三回路水环境中的耐腐蚀性能,采用开尔文探针力显微镜(KPFM)和电子背散射衍射(EBSD)技术,结合电化学试验、浸泡腐蚀试验研究了904L焊缝和母材晶界特征分布、表面接触电势差及介质温度对其耐腐蚀行为的影响。结果表明:904L母材具有更高的Σ3特殊晶界,较焊缝具有更好的耐腐蚀性能。焊缝和熔合线表面平均电位差分别为318 mV和295 mV,且局部区域存在电位差低谷,具有更高的电化学活性。母材和焊缝临界点蚀温度(CPT)分别为50℃和43℃,CPT焊缝<CPT母材。温度的变化对焊缝的点蚀电位(Eb)具有更大的影响,随着温度升高,焊缝点蚀电位Eb急剧降低,腐蚀速率大幅度提高。

颗粒离散元方法中接触模型的开发

在对颗粒离散元方法的理论基础进行深入研究的基础上,推导了广义Kelvin模型颗粒间接触力的理论解和数值解;采用面向对象的程序技术,通过颗粒离散元程序的接口,研制了广义Kelvin接触模型颗粒离散元计算程序;通过算例,验证了程序编制的正确性。在此基础上,以某深埋隧洞为例,计算不同接触本构模型条件下岩体的开裂破坏情况。结果表明,相对于弹性接触关系,采用广义Kelvin接触模型得出的结果与由Hoek-Brown强度准则得出的计算图更为接近。

桥梁结构地震碰撞问题理论分析模型及试验研究进展

介绍了桥梁结构地震碰撞效应理论分析模型及相关试验研究的最新进展情况。对最近30年来的强地震中发生的桥梁结构地震碰撞损坏现象进行了回顾,评述了已经发展的各种桥梁地震碰撞作用模拟方法,主要分为恢复系数法和接触单元法两类;其中接触单元法又包括线性弹簧单元模型、Kelvin模型、Hertz模型、Hertz-damp模型、改进的Hertz-damp模型以及三维接触-摩擦模型。同时又介绍了有关结构地震碰撞的试验研究进展情况并展望了有待进一步研究的问题。

原子分辨显微分析技术研究进展

非接触原子力显微技术(NC-AFM)近年来发展迅速.NC-AFM对单个分子的成像和谱学实现了原子分辨和单个化学键分辨.NC-AFM自身功能的拓展及其与不同探针技术的联用将为材料、物理、化学和生命科学有关的研究提供崭新的思路.本文首先介绍NC-AFM和qPlus传感器的基本原理,然后讨论原子尺度的相互作用力和短程力的精确测量,总结近年来NC-AFM在原子尺度的化学结构成像、化学识别、电子结构性质分析以及原子操纵技术中的研究进展,并讨论了开尔文探针力显微技术(KPFM)在局域接触势差(LCPD)测量方面的应用.最后展望了NC-AFM面临的挑战和发展机遇.

开尔文力显微镜检测ZnO薄膜的接触电势差

本文利用开尔文力显微镜观测了ZnO薄膜上ZnO/Si台阶处的接触电势差,研究了扫描速度对接触电势差检测的影响,并分析了造成这种影响的原因。实验测得电势分布在ZnO/Si台阶处有明显变化,ZnO/Si的接触电势差为250mV。实测值偏离理论计算值的原因是接触电势差受大气中表面吸附、氧化层、表面电荷等因素的影响。在不同的扫描速度下对同一区域进行扫描,发现扫描速度对接触电势差的检测有很大影响,扫描速度增大,检测结果逐渐偏离真实值,这种现象是力调制模式的开尔文力显微镜的信号处理方式造成的。建议在低速下进行扫描,以获得理想的检测结果。

接触动力学参数对隔震结构碰撞挡土墙动力响应影响分析

结合碰撞模型,根据已有的隔震结构试验,建立基础隔震结构碰撞挡土墙计算模型,研究接触刚度、隔离缝宽度、峰值地面加速度(PGA)和接触阻尼对隔震层动力响应的影响。计算结果表明:接触刚度与隔震层最大位移呈乘幂函数关系(指数为-1.49^-0.88),与隔震层最大速度呈乘幂函数关系(指数为10-3~10-2量级),与隔震层最大加速度呈正比例函数关系。隔离缝宽度与接触位移(隔震层最大位移与隔离缝的差值)、隔震层最大速度负相关,与隔震层最大加速度正相关。PGA与接触位移、隔震层最大速度和加速度正相关。接触阻尼对隔震层动力响应的影响受其他参数的影响较大;当接触刚度较小,且PGA较大或隔离缝宽度较小时,接触阻尼对隔震层最大位移、速度以及加速度有影响;其他情况时,影响不大。

基于扫描开尔文探针力显微镜的金属中局部氢分布测试方法研究

目的探明金属材料中局部氢分布及演化特性是揭示其高压氢脆机理、预测承载件服役性能的重要基础。由于材料中局部氢分布测试难度大,目前各种测试研究方法都存在缺点和不足。方法利用扫描开尔文探针力显微镜(SKPFM)进行金属中局部氢分布研究具有空间分辨率高、测试无损的特点,但其测试结果影响因素多,亟待建立相应的测试可靠性保障方法。较为系统的研究了关键测试参数、试验温度、试验气氛环境等对SKPFM测试结果的影响规律。基于上述影响SKPFM测试结果的因素及其影响规律,建立了相对应的控制策略,完善了基于SKPFM的金属近表面局部氢分布测试方法,并对该方法的有效性进行了验证。最后,利用建立的方法研究了高温高压充氢后S30408中氢分布的演化规律。结果对于特定的激振频率,总存在一个激振相位的最佳区间,在此区间内CPD测试的误差最小,且数据稳定性高,激振频率的变化会导致最佳相位区间的变化;空气中的水分和氧气不仅对CPD整体值影响较大,还改变了不同位置处CPD的差值。根据对高温高压充氢后S30408中氢分布的演化规律的观察,氢在S30408中扩散速度随晶向的不同存在差异性。结论利用SKPFM可以有效的测试金属近表面局部氢分布,为金属材料氢脆机理的研究提供了支撑。

用直流双电桥测量特小电阻的方法研究

小电阻测量一般用直流双电桥。虽然直流双电桥针对接头处的接触电阻和连接导线的电阻采取了双对接头的消除误差的措施,但靠被测电阻内侧的电位端依然存在很小的接触电阻,这部分电阻将影响到特小电阻的测量精度。如果采用两步差值测量法特小电阻可以轻松排除所有测量的导体电阻和接触电阻,直流双电桥都用此法,可全面提高测量精度,以及辅助判断测量精度。

含不凝气体的蒸汽直接接触冷凝换热研究综述

综述近年含不凝气体的蒸汽直接接触冷凝换热研究进展,给出纯蒸汽以及含不凝气体的蒸汽接触冷凝换热的特点,包括高热流区的界定,不同参数对蒸汽冷凝的影响,以及轻重不凝气体在气膜层中的浓度分布等。特别讨论了气液界面波动的实验测量和数值模拟工作。基于现有研究成果发现,气液界面波动的检测有较大困难,气液界面波动的发展趋势、影响因素及其对蒸汽冷凝的影响机制和定量描述方面仍有大量工作需要展开。

开尔文探针原子力显微镜在CdTe多晶薄膜研究中的应用

开尔文探针原子力显微镜(KPFM)采用开尔文(Kelvin)方法来测量探针和样品间的电势差,是一种基于扫描探针原子力显微镜的半导体薄膜样品表面功函数(表面电势)测量方法,其可以在测试样品表面形貌的同时获得与形貌相对应位置的表面功函数分布图。使用KPFM测试碲化隔多晶薄膜样品退火前后的表面电势的变化,可以分析多晶薄膜晶界和晶粒处的表面功函数的差异。测试结果对于分析多晶半导体薄膜在晶界和晶粒内部的载流子输运及界面钝化具有重要意义。KPFM具有很高的分辨率和灵敏性,很适合用于多晶半导体薄膜表征测试。

开尔文型节理岩体电磁辐射的影响

为进一步明确岩石中节理对电磁辐射传播的影响,基于压电效应,获得纵波作用下产生的电磁波在开尔文型节理面前后的强度关系。研究了节理参数、岩体电性参数等对电磁辐射强度的影响。结果表明,电磁辐射的强度随节理初始刚度增大而增大;电磁辐射强度随粘性系数增大而增大;电磁辐射强度随粘性系数的变化同时受到频率的影响。研究结果与其他学者得出的实验结果一致的。

室温超高真空环境原子尺度Au/Si(111)-(7×7)不定域吸附的局域接触势能差测量技术

利用自制超高真空非接触调频开尔文探针力显微镜系统地研究了Au/Si(111)-(7×7)的结构和局域接触势能差.虽然扫描隧道显微镜已被广泛应用于原子尺度金属吸附半导体表面的研究,但仅局限在观测金属和半导体表面.开尔文探针力显微镜允许在原子尺度利用局域接触势能差直接测量各类平整表面不同位置的电荷,而成为更方便、更精确的电荷表征手段.本文通过在室温下利用开尔文探针力显微镜对Au吸附Si(111)-(7×7)表面的形貌及局域接触势能差原子尺度测量,同时建立相应的吸附模型和第一性原理计算,得到了Au/Si(111)-(7×7)最佳吸附位置的差分电荷密度分布图,并给出了Au在Si(111)-(7×7)表面的最佳吸附位置不定域移动的局域接触势能差关系,分析了Au原子在吸附过程中与Si表面之间电荷转移的机理.实验结果表明,Au/Si(111)-(7×7)吸附表面的局域接触势能差测量可以进行有效的Au与Si原子识别.本研究对推动表面电荷精密测量的发展具有重要意义.

高灵敏度开尔文探针力显微镜测量方法及其研究现状

开尔文探针力显微镜(KPFM)不仅能够表征多种平整材料的表面形貌,还能对材料表面电势进行纳米级的成像。简单介绍了KPFM的基本工作原理与接触电势差(CPD)的概念,并介绍了幅度调制模式KPFM(AM-KPFM)、频率调制模式KPFM(FM-KPFM)与外差幅度调制模式(HAM-KPFM)这三种重要测量方法及其应用。系统综述了KPFM的国内外应用研究现状,详细介绍了其在金属纳米结构、半导体纳米结构表征方面的超高灵敏度与分辨率,总结了其在多种领域电特性表征中的广泛应用。最后对不同工作模式的KPFM进行了对比总结,展望了KPFM的未来发展。

开尔文探针力显微镜的应用研究现状

开尔文探针力显微镜（KPFM）是一种能够对众多材料表面电势纳米级成像的独特工具。首先介绍了开尔文探针力显微镜的基本工作原理和系统的建立。系统综述了开尔文探针力显微镜的国内外应用研究现状，包括开尔文探针力显微镜在物理、材料和生物等领域的重要应用。详细介绍了其在表征金属纳米结构和半导体纳米结构电学性质的超高分辨优势，表征器件纳米结构电学性质的兼容性优势及其他方面的独特的应用前景。指出了开尔文探针力显微镜的可扩展性需提高和物理机制需进一步深入研究，并且展望了开尔文探针力显微镜未来的发展趋势。

KPFM导电探针的制备及应用

开尔文探针力显微镜(KPFM)可以测量样品与探针之间的接触电势差(CPD),从而可以测得样品表面电势。为了更好地测量样品表面电势的微小变化,需要制备新型导电探针。金属铱稳定的化学性质与高导电率等特性能够稳定地测量尖端样品之间的电势差。实验使用物理气相沉积(PVD)的方法修饰硅探针,使针尖镀上一层厚度为纳米级的金属铱薄膜。在实验前使用透射电子显微镜(TEM)与能谱仪(EDS)对探针进行表征,证明针尖上确实存在纳米级厚度的金属铱薄膜。最后使用制备好的导电探针在超高真空的KPFM里进行硅表面的CPD测量,得到样品表面台阶电势图。

退火条件对SiC欧姆接触的影响

提出了Ni/SiC欧姆接触的制备工艺流程,在掺杂浓度为2×10^(19) cm^(-3)的n型4H-SiC外延片上制备出压敏电阻。应用半导体分析仪,根据Kelvin模型测试方法对欧姆接触的电子特性进行I-V测试,计算出比接触电阻。通过研究退火时间、退火温度对欧姆接触的影响,发现在950℃退火15min时,形成的欧姆接触的比接触电阻率为1.2×10^(-5)Ω·cm^2,这个欧姆接触的性能足以制备出压敏电阻。