固体力学跨尺度计算若干问题研究

本文展示了固体力学领域跨尺度计算的若干问题和研究概况。(1)建立位错动力学与有限元耦合DDD-FEM的计算模型,实现了能够基于纳米尺度离散位错运动机制计算分析连续介质有限变形晶体塑性问题,提出微纳尺度(200 nm~10μm)晶体塑性流动应力解析公式,结合试验数据揭示了在无应变梯度下强度和变形的尺寸效应;(2)建立具有微相分离结构的纳米尺度粗粒化分子动力学模型CG-MD,计算获得聚脲材料在时域和频域下的存储模量和损耗模量,通过动态加载分析的DMA试验和超声波试验的数据验证,解决了连续介质尺度下微相分离高分子共聚物的设计难题;(3)通过数据驱动关联高分辨率的微米尺度CT影像和临床低分辨率的毫米尺度CT影像的特征值,建立了围关节松质骨小梁的等效模量和结构张量,为骨组织增材制造点阵结构设计和实现个性化骨缺损重建奠定了基础。

基于微电阻率成像测井的深煤层顶板封盖性评价方法及应用

深煤层游离气含量高,资源量丰富,是天然气增储上产的重要潜力资源。顶板封盖条件是影响深煤层含气性,特别是游离气含量的重要因素。基于微电阻率成像测井技术,系统开展鄂尔多斯盆地东缘某煤层气开发区顶板岩性识别,建立了煤层顶板岩性和裂缝识别图版,分析了地应力方向,提出了有利的顶板组合类型。研究结果表明:①综合常规测井资料和电成像测井特征,可以基于静态电成像图有效区分砾岩、砂岩和泥岩等10类岩性,对应不同的伽马和声波时差测井结果,研究区煤层顶板以泥岩为主,砂岩次之;②煤层顶板裂缝主要发育有高导缝与诱导缝,高导缝显示为正弦曲线,包括张开缝和泥质充填缝,诱导缝呈现为羽状或雁行状排列,可以用于判断应力方向;③结合顶板岩性厚度、裂缝发育情况等,可划分出封盖性不同的3类煤层顶板组合,其中I类顶板电成像图像一般呈亮色且裂缝发育少,II类顶板发育较多裂隙,III类顶板图像显示裂隙切割且图像不清晰;④基于此划分了3类顶板组合条件的分布,研究区以I和II类为主,具备良好封盖性。研究明确了不同岩性在电成像测井上的显示特征,提出了基于微电阻率成像测井的深煤层顶板封盖性评价方法,可有效支撑深部煤层气甜点区带优选和井位部署。

织构化盘式摩擦副性能及优化设计研究

为探索提高盘式摩擦副抗摩擦磨损性能的有效途径,以斜盘柱塞泵配流副为研究对象,综合运用仿真分析及试验研究方法对比分析了面积织构率和截深形状相同条件下,椭圆开口和圆形开口离散凹坑微织构及沟槽形微织构配流副的摩擦因数随织构形貌、转速和压力的变化规律。研究结果表明:摩擦因数随转速的增大而显著降低,随压力的增大而降低,椭圆开口离散凹坑微织构为三种微织构中提高配流副性能最优者。对椭圆开口离散凹坑微织构进行多目标参数优化,得出的最优参数为:椭圆开口长轴半径为452μm、短半轴为187μm、径向中心距为0.7 mm。试验结果表明,优化后的织构在不同工况下较优化前摩擦因数和磨损量均有不同程度的降低。

长波红外差分干涉仪光栅低温安装结构设计与优化

长波红外差分干涉仪在低温工况下会因光学元件受到非均匀应力作用产生干涉条纹的畸变,从而降低干涉仪系统性能。本文为解决低温工况干涉条纹弯曲畸变问题,基于长波红外差分干涉仪光机系统进行了干涉条纹畸变影响因素分析,结合光-机-热耦合分析方法,对干涉仪系统低温工作状态进行仿真。随后设计了针对影响条纹畸变的关键元件——光栅元件的低温微应力动态稳定支撑安装结构,结构优化后的光栅表面面形均方根(Root Mean Square,RMS)值为3.89×10^(-2) nm,面形峰谷值(Peak to Valley,PV)值为2.21×10^(-1) nm,分别较优化前初始系统的分析结果减小了5个数量级,系统仿真干涉条纹畸变小于1个探测器像元。全系统低温验证试验表明,优化结构可有效抑制干涉条纹畸变,畸变量小于2个探测器像元,试验与仿真计算结果一致性较好,验证了优化分析方法的有效性。该优化方案对提升反射式光学系统结构低温稳定性,提高系统工作能力有较大意义和价值。

预制裂纹的预备后椭圆形根管牙根有限元模型构建及分析

目的分析椭圆形根管牙根两种预备形态下,根管壁微裂纹对牙根受力的影响。方法选择椭圆形根管的前磨牙20颗,器械扩大预备根管、制造微裂纹并染色,切片后显微镜下观察牙本质微裂纹的产生及分布。据此构建两种预备形态下预制裂纹的牙根模型,评估受力时微裂纹处及牙根的应力分布。结果椭圆形根管牙根的微裂纹总是出现在颊舌侧,由根管壁向牙根表面扩展,与有限元分析所展示的应力集中在根管壁颊舌侧的规律一致。微裂纹使根管壁的应力集中点向裂纹尖端处转移,且在尖端极小区域内出现近5倍的应力剧增,使微裂纹极易沿尖端方向扩展,尤其在牙体长轴方向。结论微裂纹的存在不改变椭圆形根管牙根颊舌侧应力集中的特点,但微裂纹的产生使其尖端极小区域内出现剧增的应力集中,这可能是微裂纹迅速扩展为牙根纵裂的机制,临床操作需提高警惕。

全板宽厚玻璃的离线应力测试方法

厚板玻璃在生产和加工过程中常常会因退火工艺异常而出现玻璃板应力集中或应力分布不均匀的问题,引发生产过程中断板和后续切裁等质量问题。本研究通过使用双折射法对企业生产线中厚板玻璃的实际微区应力进行测量,进而实现对满板应力分布进行研究和综合分析。基于微区应力测试结果,探讨了微区应力分析方法与满板玻璃平面应力的对应关系,以及对厚板玻璃生产工艺过程的指导作用。

微孔在一种三代镍基单晶高温合金热处理及持久试验过程中的演化

利用扫描电镜、Image Pro Plus软件和Nano Measurer软件研究了微孔在铸态、固溶处理态和完全热处理态的一种三代镍基单晶高温合金中的形貌及尺寸,采用蠕变试验机研究了微孔在合金持久试验过程中的演化。结果表明:铸态合金枝晶间区域γ/γ′共晶边缘存在少量的不规则形状的微孔,微孔的体积分数约为0.09%,平均尺寸约为9.54μm;经固溶处理后合金中会产生圆形和方形的固溶微孔,固溶处理(1325℃)时间由4 h延长到8 h,固溶微孔的体积分数由0.42%增加到0.46%,增加了约10%。时效处理对固溶微孔的体积分数没有明显影响。固溶微孔会在合金持久过程中发展为裂纹源,最终导致持久断裂,方形微孔更易发展成裂纹。

正畸微植体动态植入过程有限元数值仿真

目的 建立自攻型正畸微植体动态植入模型,研究微植体动态植入过程中周围骨应力分布情况。方法 基于CBCT数据重建口腔三维模型;利用ABAQUS软件建立微植体和种植区域骨组织的有限元模型;使用三维动态有限元方法,对微植体受40 N轴向推进力、0.5 r/s恒定转速植入骨内的过程进行仿真分析。结果 成功建立了自攻型正畸微植体动态植入过程的三维有限元模型、结果可视化展示了微植体动态植入过程;结果发现植入阶段和螺纹位置对骨应力分布影响明显且不同骨质应力状态差异明显:在植入过程中,皮质骨最大应力为167 MPa,稳定阶段最大应力为50 MPa;松质骨最大应力为30 MPa。结论 植入阶段和螺纹位置对骨应力分布影响明显;皮质骨和松质骨应力差异明显。可以利用应力特征判断骨质类型,通过种植体周围的骨应力分布情况判断颌骨是否处于合适的种植状态。

微织构对V型滑动导轨副摩擦磨损特性影响的研究

V型滑动导轨副具有低成本、良好的承载能力和导向性等优点,至今仍应用于很多机械设备中,但同时也存在着摩擦系数大、易磨损和低速稳定性差等缺点。为提高V型滑动导轨副的摩擦学性能,利用激光表面织构化技术分别在导轨的接触面上设计并制备直线和椭圆微织构。通过不同仿真软件对激光制备出的微织构是否产生流体动压效应进行验证,分析微织构对导轨接触面的接触应力的影响。利用自制往复滑动导轨试验平台在混合润滑条件下测试了不同类型织构化导轨副的摩擦磨损性能。结果表明,织构化导轨副均可以产生流体动压效应,且椭圆微织构可以产生更大的流体动压效应。此外,椭圆微织构仅位于下导轨表面可以较大程度降低其接触应力。因此,当椭圆微织构位于下导轨表面时减摩效果最好,具有最低的平均摩擦系数,与无织构导轨副相比下降了31.7%。

WC-10Co4Cr涂层的制备工艺及性能研究

WC-10Co4Cr涂层具有高硬度和良好耐磨损性能,在航空领域应用广泛。采用超音速火焰喷涂法在A100钢表面制备了WC-10Co4Cr涂层,通过正交实验法确定最佳制备工艺,在最佳工艺条件下制备WC-10Co4Cr涂层,测试了涂层的显微硬度、残余应力、结合强度和摩擦系数。结果表明,最佳工艺条件是煤油流量为5.8 SCFH,氧气流量为1900 SCFH,喷涂距离为350 mm,送粉速率为9.5 r/min。在最佳工艺条件下制备的WC-10Co4Cr涂层平均显微维氏硬度为1137,硬度明显高于A100合金钢基底,残余应力造成的弧高值为0.373 mm,涂层的结合强度高于70.9 MPa。制备的WC-10Co4Cr涂层在显微硬度、残余应力和结合强度方面均能达到航空行业标准。WC-10Co4Cr涂层的磨损深度和磨损体积明显低于A100合金钢基底,具有更高的耐磨损性能。A100合金钢的磨损机制为黏着磨损,WC-10Co4Cr涂层的磨损机制为磨粒磨损。

盐碱胁迫下燕麦根际与非根际土壤微生物多样性研究

为探究不同程度盐碱胁迫对燕麦抽穗期根际和非根际土壤微生物多样性及群落组成的影响,采用盆栽试验,以耐盐碱品种白燕2号为材料,设置土壤盐碱浓度为0 g·kg^(-1)(CK)、3 g·kg^(-1)(Y_(1))、5 g·kg^(-1)(Y_(2))、7 g·kg^(-1)(Y_(3))共4个处理,分析不同盐碱胁迫下土壤微生物多样性和群落组成及其与土壤化学性状及盐碱胁迫的关系。结果表明,根际土壤碱解氮和速效磷含量整体高于非根际土壤,且随盐碱胁迫程度增加显著降低(P<0.05);根际土壤的pH和电导率低于非根际土壤。土壤电导率是影响优势菌群的重要因素。燕麦根际土壤细菌群落的丰富度和多样性、真菌丰富度均低于非根际土壤。随盐碱浓度的增加,根际土壤与非根际土壤的细菌多样性指数均降低。各处理下,两种土壤中优势细菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)、拟杆菌门(Bacteroidota),且拟杆菌门相对丰度随盐碱浓度变化的增加增幅较大,根际土壤中变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)相对丰度均高于非根际土壤;两种土壤中,优势细菌属均为鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas),优势真菌门均为子囊菌门(Ascomycota),优势真菌属均为镰刀菌属(Fusarium)。不同程度盐碱胁迫对燕麦根际与非根际土壤微生物群落组成有一定影响;在重度盐碱胁迫下,燕麦根际土壤鞘氨醇单胞菌属(Sphingobacterium)等表现出良好的耐受力,或可成为盐碱条件下燕麦栽培及盐碱土壤改良的可利用资源。

微晶铸造对K4169合金组织及持久性能的影响

分别采用普通铸造、细晶铸造和微晶铸造工艺制得了晶粒度为ASTM M9~M7级、ASTM M14~M9级和ASTM 3~5级的K4169合金试样,研究了微晶铸造对K4169合金组织及持久性能的影响。研究结果表明,微晶铸造工艺可显著细化晶粒,降低凝固偏析,减少Laves相和大块MC碳化物,增加γ″相体积分数;使合金704℃/448 MPa条件下的持久性能相比于普通铸造和细晶铸造合金分别提高了621%和44%,达到614.9 h;断裂模式从普通铸造K4169的脆性穿晶断裂转变为微晶铸造K4169的韧性沿晶穿晶混合型断裂。微晶铸造工艺引起的晶粒细化和γ″相体积分数的提高,有效强化了K4169合金,而大块MC碳化物及Laves相的减少,减少了潜在的裂纹萌生、扩展位置,二者共同作用提高了K4169合金的持久寿命,并降低了性能数据分散性。微晶铸造工艺可获得良好的综合力学性能,提升K4169合金机匣、壳体、扩压器等整体结构件在700℃以下的服役性能,有良好的应用前景。

润滑油添加剂对齿轮微点蚀的影响研究

探索建立微牵引力测定仪(MTM)、聚离子束、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能量色散光谱相结合的方法对齿轮微点蚀进行识别和评价。研究发现:添加剂的减摩性能和抗磨性能是影响其抗微点蚀性能的关键因素,在MTM试验中存在一个摩擦轨迹宽度不大于400μm、摩擦因数不小于0.097的微点蚀易产生区域,添加剂和配方的研发应避开这个微点蚀易产生区域,综合平衡减摩性和抗磨性;添加剂所形成的耐机械剪切的摩擦膜抗磨性能越好,使得MTM试验中的摩擦轨迹更窄,应力更集中,更易产生微点蚀;在产生微点蚀的润滑体系中引入降低体系摩擦因数的添加剂可改善其抗微点蚀性能。

盆底肌训练联合微点阵激光治疗轻中度产后压力性尿失禁的疗效及对患者性生活质量的影响

目的探讨盆底肌训练(PFMT)联合微点阵激光治疗轻中度产后压力性尿失禁(PSUI)的临床效果及对患者性生活质量的影响。方法选取2020年1月至2022年10月西南交通大学附属医院、内江市第一人民医院及四川锦欣妇女儿童医院就诊的240例轻中度PSUI患者作为研究对象。按照随机数字表法分为对照组和研究组,各120例。对照组采用PFMT,研究组采用PFMT联合微点阵激光治疗,共治疗3个月,随访3个月。比较两组临床疗效,治疗前后1 h漏尿量、尿失禁症状评分、生活质量评分、产后抑郁筛查量表(PDSS)评分、产后特有焦虑量表(PSAS)评分、性生活质量评分及不良反应发生情况。结果研究组显效率及总有效率高于对照组(P<0.05);治疗后研究组1 h漏尿量少于对照组(P<0.05),生活质量评分高于对照组(P<0.05),尿失禁症状评分、PDSS评分、PSAS评分低于对照组(P<0.05);研究组治疗后及随访3个月时性生活质量评分高于对照组(P<0.05);研究组不良反应发生率为6.78%,对照组无不良反应发生。结论PFMT联合微点阵激光治疗轻中度PSUI疗效确切,能提高有效率,改善患者生活质量,缓解产后抑郁焦虑情绪,提高性生活质量。

基于Zigzag柔性簧片的大行程XY精密运动平台

通过采用Zigzag柔性簧片作为导向机构,提出了一种具有大行程、高精度、高频响、低应力的并联式XY二自由度精密定位平台,满足精密运动的需求。提出了以Zigzag柔性簧片单元为核心导向梁的柔顺精密运动平台结构,并采用音圈电机进行驱动,实现3 mm×3 mm的运动范围和60 Hz以上的固有频率。对Zigzag柔性簧片和传统直梁柔性簧片进行有限元仿真分析对比,验证Zigzag柔性簧片运动性能的优越性。接着,对XY两自由度运动进行解耦设计,减小运动带来的寄生(耦合)误差。运用有限元分析对平台进行优化,针对高频运动引发的疲劳损伤问题,改进定位平台的构型,降低最大应力,延长平台工作寿命。分析结果表明:该平台满足运动和解耦性能的设计要求,其寄生误差为0.012%,能够实现大行程以及较高频率的运动,并且响应快速,动态特性良好。实验结果表明,定位平台的固有频率达到60 Hz,开环分辨率达1.3μm,可实现XY方向±1.5 mm行程的运动。

微型钢骨桩综合防护体系在边坡防护中的应用分析

工程中遇到的复杂临时边坡,普遍具有安全储备要求较低且使用时长较短的特点,这类边坡在不具备放坡条件时,如果采用抗滑桩、预应力锚索框格梁等传统支护措施进行防护,则容易造成较大的工程浪费。采用微型钢骨桩+预应力锚索组成的“双柔性”支护结构,在满足工程安全需求的前提下,具有施工简便,造价合理,占地面积小,地质、地形适应能力强等优点,可在类似工程中进一步推广应用。

微型桩与预应力锚索格构梁在滑坡工程中的应用

滑坡工程常遇到施工场地受限、作业空间狭窄、大型施工机械无法到达等特殊情况,需要根据工程环境选择最优治理方案。微型桩组合抗滑结构具有施工方便、保证施工人员安全、经济性高、对坡体扰动小等优点,可用于滑坡地质灾害治理工程中。本文以广东深圳龙岗区某滑坡为例,阐述微型桩与预应力锚索格构梁边坡支护方案主要施工过程及实施技术,达到滑坡治理的目标。

微视频宣教联合正念减压疗法在无痛肠镜检查患者护理中的应用

目的探讨微视频宣教联合正念减压疗法(MBSR)在无痛肠镜检查患者护理中的应用效果。方法将78例无痛肠镜检查患者随机分成研究组(n=39)和对照组(n=39),对照组采用常规护理,研究组采用微视频宣教联合MBSR。比较两组心理状态、认知水平及检查配合度。结果护理后,研究组贝克焦虑量表(BAI)评分、贝克抑郁量表(BDI-Ⅱ)评分低于对照组,肠镜检查知识评分高于对照组(P<0.05)。研究组检查配合度为97.44%,高于对照组的79.49%(P<0.05)。结论微视频宣教联合MBSR在无痛肠镜检查患者护理中的应用效果较好,可明显缓解患者的焦虑、抑郁情绪,提升其认知水平与检查配合度。

考虑黏结-滑移效应的UHPC梁钢筋应力计算方法

为建立适用于配筋超高性能混凝土(UHPC)梁的钢筋应力计算方法,对6片UHPC-T形截面梁开展四点弯曲试验,研究钢筋应力的变化规律.从钢筋-UHPC受力平衡与变形协调机理出发,应用微元体建立平衡、变形以及黏结-滑移微分方程,导出能综合反映钢筋与UHPC界面黏结-滑移影响及钢纤维抗拉贡献的钢筋应力计算公式,并通过简化应变不均匀系数与裂缝截面钢筋应力计算,提出便于工程应用的钢筋应力简化公式.研究表明:单位荷载下钢筋应力的增幅随配筋率的提高而减小,而与钢纤维体积率的变化无关;与普通混凝土梁相比,UHPC梁的钢筋应力在开裂截面处偏小,但其分布在相邻裂缝间的不均匀程度更高;钢筋应力建议公式计算值与本文、既有文献的试验值均吻合良好;钢筋应力简化公式计算值与试验值之比的均值为1.03,变异系数为0.06,表明该简化式可用于UHPC梁的钢筋应力计算.

大采高回撤通道“高+低位”断顶爆破实践

大采高冲击地压工作面末采期间面临的冲击地压风险极高,为了解决此类工作面的冲击地压防治难题,针对纳林河二号矿大采高工作面末采阶段顶板的处置问题,从覆岩冲击层位应力阻断和正面保护回撤通道的角度出发进行爆破方案的设计、对比及优化,初步证实“高+低位”具有2个方面明显的技术优势。一是爆破对覆岩的致裂破碎方面,串联一次起爆增强了爆破致裂的效果和对爆破区域块体的破碎作用,与此同时该区域的应力变化梯度Δσ显著降低,更好的起到阻断高应力传递的作用;二是爆破覆盖的尺度方面,实现全层位的应力阻断,避免了卸压盲区。在此基础上,末采阶段工作面压力峰值分布范围、集中程度明显减小,同时末采阶段液压支架阻力正态分布中均值、标准差均减小,且10%~37%应力计不同程度出现卸荷状态,证实“高+低位”爆破对末采阶段、回撤通道及孤立煤体形成了正面保护作用。