基于谱估计的微振动测试与评估方法及其应用

随着第四代同步辐射光源对束流亮度和发射度的要求日益严苛,微振动对束流品质的影响逐渐凸显。然而,国际上尚无统一的标准来全面测试和评估地基微振动的影响,对微振动的有效管理和控制变得尤为困难。本文建立基于谱估计的振动数据处理模型,并提出基于概率统计的方法来评估地基微振动位移,全面客观地评价振动位移有效值。利用该模型对武汉先进光源预研基地的实验大厅进行振动对比测试、振源分析及振动位移评估,得出垂直方向的振动位移有效值的平均值(Average Root Mean Square,Ave RMS)为8.08 nm,标准偏差σ为4.55 nm,即垂直振动位移(Ave RMS+3σ)为21.73 nm,满足40 nm的设计要求。该振动数据处理方法不仅适用于初始地块与基础隔振处理后地基的振动评估,还适用于元部件级别的振源排查分析。

高磷赤铁矿直接还原过程中不同添加剂脱磷的性能对比及分子动力学模拟研究

通过试验对比了高磷赤铁矿直接还原焙烧过程中不同添加剂CaCO_(3)、Na_(2)CO_(3)、CaF_(2)的脱磷性能,结果表明,Na_(2)CO_(3)的脱磷性能更好,CaCO_(3)次之。利用分子动力学模拟统计计算使用3种不同添加剂后体系在焙烧过程中的桥氧分布和氧原子均方位移,查明了高磷赤铁矿直接还原过程中CaCO_(3)、Na_(2)CO_(3)、CaF_(2)的脱磷机制,结果表明,添加剂脱磷的作用机制是提高体系中自由氧含量或提高体系中氧原子的均方位移,减少体系中Si、P共用氧原子,从而抑制磷灰石的还原;添加剂脱磷性能与体系中氧原子均方位移呈正相关的规律。

大体积混凝土底板微振动控制能力的测试与分析

为测试北京光源这一精密科学设施中大体积混凝土底板的微振动控制能力,通过在建设现场进行短期测试和24 h长期监测的方式对底板微振动水平和微振动控制能力进行了评估。结果表明:在2次短期测试过程中,底板表面微振动位移有效值主要分布在10~50 nm之间,而在24 h监测过程中,底板表面微振动位移有效值主要在分布20 nm以下;大体积混凝土底板对10 Hz以上垂直于地面方向的微振动及5 Hz以上水平向的微振动体现出较好的控制作用;大体积混凝土底板最大能够将垂直地面方向微振动水平降低24%,水平向微振动水平降低34%,底板对水平向微振动控制能力略优于对竖向微振动的控制能力。建立了二维简化有限元模型,讨论了改变混凝土层密度、刚度及厚度对底板微振动控制能力的影响,模拟结果表明在现有激励条件下,增大底板配筋层厚度或素混凝土层密度对底板竖向微振动控制能力无明显影响,但对水平向微振动控制能力产生不利影响。

基于分子动力学模拟研究交联密度对氢化丁腈橡胶性能的影响

采用分子动力学构建交联密度为0,10%,20%,30%和40%的氢化丁腈橡胶(HNBR)分子模型,研究交联密度对HNBR性能的影响。结果表明:HNBR分子模型的玻璃化转变温度(T_(g))随着交联密度的增大而升高,交联密度为0~10%时,T_(g)升高较快,交联密度大于10%时,T_(g)升高速率趋于平缓;HNBR分子模型的均方位移(MSD)随着交联密度的增大而减小,分子链的柔顺性变差,交联密度达到30%后,MSD变化较小;交联密度为0~30%时,HNBR分子模型的拉伸性能随着交联密度的增大而提高,交联密度为30%时,HNBR分子模型的拉伸性能最好,交联密度大于30%时,晶格内应力集中,HNBR分子模型的拉伸性能随交联密度的增大而降低。

城市高频地震背景噪声差异性分析

选取2023年1月1日—28日上海佘山地震台、北京白家疃地震台和湖北恩施地震台连续波形垂直分向记录,分析不同城市人为噪声差异性,结果表明:在研究时段,对于各台每周背景噪声水平结果,上海佘山台和北京白家疃台周五、湖北恩施台周三背景噪声水平偏低;在4—14 Hz频段,不同区域地震背景噪声春节期间显著下降,其中佘山台均方根位移下降约0.4 nm,白家疃台均方根位移下降约0.2nm,恩施台均方根位移下降约3.5nm;在0.1—0.2Hz频段,远震事件造成归一化位移的显著变化,其位移变化持续时间可直观反映地震持续时间,进而反映各地震的大小差异。对于人类活动对台站背景噪声的影响,分析认为:3个台站中,北京白家疃台高频背景噪声干扰最小;f=2 Hz,上海佘山台背景噪声水平偏高;机械化频率f≥5 Hz,湖北恩施台背景噪声水平更高。

表面疏水性对气-液界面颗粒运动行为的影响

利用改进的L-B水槽,借助高速动态显微试验装置,基于颗粒间相互作用力计算、界面聚团微观结构分析、聚团重组过程解析以及颗粒所受平衡作用力计算,系统研究了气泡与气-液界面单颗粒层兼并后不同疏水性颗粒的震荡运动行为。结果表明,在界面颗粒吸附密度相同的情况下,低疏水性颗粒(接触角43°)更容易形成密实的聚团,而高疏水性颗粒(接触角75°)形成的聚团则较为松散。气泡与单颗粒层兼并可诱导界面产生震荡,在此影响下,位于界面上的聚团受表面压力梯度和震荡波的影响不断发生重组,并最终使界面颗粒的分散变得更加均匀,其原理和起泡剂分子稳定液膜的Gibbs-Marangoni效应非常类似。在界面聚团重组的过程中,水平曳力和惯性力以及颗粒间的相互作用力起着关键作用。相同试验条件下,低疏水性颗粒由于额外受到垂直向上毛细力的作用,其瞬时速度和均方位移(MSD)均明显大于高疏水性颗粒,这意味着低疏水性颗粒的震荡运动强度更加剧烈,振幅更大,脱附概率也更高。

SDS与AEO_(3)复配对褐煤润湿性的影响分子动力学模拟研究

为了探究阴离子与非离子表面活性剂复配对低阶煤润湿性影响的微观机理,采用分子动力学模拟的方法(MD),研究了阴离子表面活性剂(SDS)与非离子表面活性剂(AEO_(3))及二者复配体系对褐煤润湿性的影响。研究结果表明:当SDS与AEO_(3)复配时,煤/水吸附层厚度最大,为36.35×10^(-10) m,将褐煤分子层的58.83%润湿,此时水分子的扩散系数显著增加,从而提高了煤与水分子碰撞的概率,进而增强了水对褐煤的润湿性;在SDS/AEO_(3)复配体系中,褐煤与水、表面活性剂与水间的相互作用能均大于SDS与AEO_(3)单独作用体系;煤与水、表面活性剂与水之间的相互作用能均由非键能提供,非键能中静电力能占比在82.28%以上,而范德华力能贡献占比则极小,甚至会抑制表面活性剂与水间的相互作用;SDS、AEO_(3)及SDS/AEO_(3)复合情况下与水之间所产生的氢键键长差别不大,但是SDS/AEO_(3)复合情况下与水产生的氢键数量要多于SDS、AEO_(3)单独与水产生的。

基于分子动力学模拟的橡胶改性沥青在集料表面的扩散特征研究

橡胶改性沥青和集料之间的界面作用与沥青路面的耐久性、高温稳定性有着重要联系而现有研究对该界面作用的微观认知尚不够全面。基于分子动力学模拟,以MaterialsStudio软件为研究工具,构建由基质沥青、天然橡胶沥青、顺丁橡胶沥青、丁苯橡胶沥青(15%掺量)与集料的4种主要矿物组成(石英、方解石、钠长石、微斜长石)两两构成的界面模型,从分子尺度上探究不同沥青组分在4种矿物表面的扩散行为,分析得到不同橡胶类型对其扩散作用的影响规律。结果表明:轻质组分在各矿物表面的扩散作用强于重质组分,相对分子质量对沥青组分的扩散速率起到关键作用;在不同矿物表面,橡胶分子链的加入对于提升沥青各组分扩散系数多为积极作用,且不同类型橡胶作用规律有所不同。研究结果可为不同矿料类型制备适配的橡胶改性沥青提供参考依据。

基于MSD和ICCP改进的地磁联合匹配算法

如何抑制复杂环境中的航空器惯导误差发散,是实现航空器长航时高精度自主导航的关键。地磁导航是一种全天时、全天候的无源导航方式,其中,匹配算法是地磁匹配导航系统的核心技术。针对等值线匹配均方差(Mean square difference,MSD)算法无法校正航向误差、最近等值线迭代(Iterated closet contour point,ICCP)算法在初始误差较大的情况下易发散、实时性较差的问题,提出了一种改进的地磁联合匹配算法,采用粗精结合的策略,约束精匹配过程搜索范围并缩小初始误差,并在精匹配阶段采用动态窗口技术,提高算法搜索效率和实时性。仿真实验表明,该算法取得了良好的匹配效果,具有精度高、实时性好等优点,能够抑制惯导误差发散,适合航空器长航时工作。

分子尺度下的水损沥青静态裂缝自愈合

为探寻水分对沥青自愈合的影响机理,采用分子动力学方法从分子角度对比分析常规沥青、水损沥青的自愈合过程,并通过宏观试验进行验证。首先,结合沥青体系能量变化,将愈合状态分为3个阶段:分子迁移低密度阶段、裂纹愈合及修复阶段、分子自由运动阶段;然后,运用径向分布函数和均方位移函数分析2种沥青在裂纹宽度、含水率、沥青组分的扩散机理和聚集状态,解释沥青的自愈合及水对沥青自愈合的影响机理;最后,进行宏观试验验证。结果表明:在裂缝自愈合过程中,水分将阻碍沥青分子间的作用力,削弱沥青体系能量,导致沥青扩散力降低,且含水量越多,扩散力下降越明显;裂缝减弱了沥青各组分的关联性,破坏了沥青质胶团和胶质过渡相的稳定性,且裂缝处的分子数目随着裂缝尺寸的增加而减少,促使沥青自愈合能力降低。采用分子动力学从分子角度解释沥青愈合机理的可靠性,有助于了解沥青分子在水损过程中结构形态和扩散行为的变化特征,为未来水损沥青自愈合的研究提供参考。

基于分子动力学探究复合绝缘子护套-芯棒老化界面的微观变化

为了研究复合绝缘子护套-芯棒界面进入水后发生的微观变化,通过Materials Studio分子动力学模拟软件建立护套-芯棒界面体系模型,探究不同老化程度界面的微观变化。结果表明:老化界面中的水分子会扩散到环氧树脂分子附近,并且随着水分子数量逐渐增加,界面体系的总能量逐渐降低;此外,老化界面中硅烷偶联剂分子链的均方位移明显增大,界面的结合能明显降低。该文为研究复合绝缘子护套-芯棒老化界面发生的微观变化提供了初步解决方法和计算模型。

基于中子均方位移守恒的平均散射角余弦计算

使用蒙特卡罗方法计算均匀化群常数时,一般以中子标通量为权重计算平均散射角余弦,会引入额外的计算误差。针对该问题,本文从中子均方位移和平均散射角余弦的关系出发,根据中子均方位移的统计结果,计算得到保证该物理量守恒的平均散射角余弦。基于蒙特卡罗粒子输运计算程序NECP-MCX,并使用各向异性较强的快中子反应堆问题对该方法进行了测试。相比于传统方法,反应堆有效增殖因子的偏差由588×10^(-5)~796×10^(-5)降低为-31×10^(-5)~266×10^(-5),相对裂变反应率分布的最大相对偏差由3.754%~4.675%降低为-0.990%~0.920%,均方根偏差由1.864%~2.444%降低为0.569%~0.612%。结果表明:本文方法可以可以有效降低传统方法的计算偏差,具有一定的应用价值。

Cu_(66)Ti_(34)非晶合金凝固过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟了二元合金Cu66Ti34的凝固过程。原子间作用采用GEAM势,利用偶关联函数,均方位移(MSD)等分析方法,研究Cu66Ti34合金在4×1013 K/s冷却速度下的玻璃化转变温度、原子的扩散行为。结果表明,通过偶分布函数第一谷的最小值与第一峰最大值之比获得的玻璃转变温度为600 K,与相近成分Cu50Ti50的实验值接近;在800 K时,Cu和Ti的MSD最大值均小于1×10?2 nm2,合金熔体很粘稠;在600 K时,曲线的斜率降低,在动力学上合金熔体已经凝固。定压比热容与温度成二次分布关系,存在一个峰值温度为892 K的热力学玻璃转变温度,证明了用动力学方法和用热力学方法获得的玻璃转变温度之间的差异。

Ar-Kr溶液扩散系数的分子动力学模拟及其与温度的关系

用分子动力学模拟方法研究确定Ar－Kr溶液的自扩散系数D1、D2和互扩散系数D12以及它们随温度变化的规律．结果表明，分别用Green－Kubo法和Einstein法得到的扩散系数在数值上一致；该溶液的3种扩散系数均满足D=D0e-E/RT关系．

基于原型振动测试的泄洪闸闸墩动位移反演

泄洪闸闸墩振动的动位移均方差是评估其振动危害程度的控制指标之一。为获取闸墩泄洪振动的整体动位移场,从而对泄洪闸闸墩进行全面振动危害评价,以某水电站泄洪闸为工程实例,针对该工程泄洪闸闸墩在宣泄洪水期间发生强烈振动导致无法正常运行的情况,开展了闸墩泄洪振动原型测试,并基于所观测的有限测点动位移,提出了基于粒子群优化算法(particle swarm optimization,简称POS)的闸墩整体动位移场反演方法。结果表明,仅利用闸墩顶部8个测点动位移响应就实现了该闸墩结构整体动位移场的反演,反演值与实测值拟合度较高。所提方法可为全面评价泄洪闸闸墩在宣泄洪水期间的振动安全提供有力支撑。

基于随机行走的二维空间扩散模拟研究(英文)

分子的扩散行为是微观化学的重要研究领域.影响扩散行为的因素很多,但是目前各个因素的具体影响效果还不明确.作者基于随机行走理论建立了分子在二维空间的扩散模型,依据此模型自主开发了模拟软件以及数据分析系统,并利用该模拟软件系统研究了势垒、横向速度等因素对扩散行为的影响,验证了该模型的可靠性,证明根据该模型可以得到和实验、理论相吻合的结果.该软件有望成为模拟微观化学扩散行为的潜在平台,如电化学以及膜过滤过程中的扩散.

几种典型物质在密封材料中扩散的分子动力学模拟

应用分子动力学理论,选择COMPASS力场,对密封材料与水、甲烷、乙醇、丙烷等4种典型小分子介质的相互作用特性进行模拟。通过对4种物质在丁腈橡胶体系中的分子动力学计算,得出了各自的均方位移及4种介质在丁腈橡胶中的扩散系数。研究结果表明:密封丁腈橡胶本身存在极性,扩散系数的大小与材料本身结构有复杂关系,对摩尔质量大、无极性、无机物的分子阻隔性较好。

聚丙烯腈在不同溶剂中的分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法在333 K对聚丙烯腈(PAN)与二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、碳酸亚乙酯(EC)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)4种不同溶剂形成的溶液进行了研究。从模拟4种溶液体系得到的平衡快照可见,PAN在EC中有最伸展的构象;PAN在各溶剂中的回转半径(Rg)大小顺序为Rg(EC)>Rg(DMF)>Rg(DMAc)>Rg(NMR);PAN链在EC中的分子内N-N原子间径向分布函数(RDF)峰值较在其它溶剂中小,且PAN与EC的分子间RDF峰值最大,PAN与EC之间有最强的相互作用;PAN的均方位移(MSD)曲线显示,PAN链在EC中的移动性最差,说明PAN在EC中的特性黏度最大。以上结果表明,在333 K时,4种溶剂对PAN的溶解能力顺序为EC>DMF>DMAc>NMP。

绝缘油在水和酸共同作用下的分子动力学模拟

为探讨水分和温度对变压器油中酸扩散行为的影响,在分子模拟软件内建立了水分子、矿物油分子、甲酸分子的复合模型,水的体积分数分别为1%,3%,5%,甲酸的质量分数为3%.通过分子动力学方法模拟计算了甲酸分子在不同含水量油模型中的扩散系数、径向分布函数以及复合模型的总动能;此外,选取了水体积分数为1%的复合模型为研究对象,以温度为变量进行动力学模拟.结果表明:随着水含量的增多,甲酸的扩散系数并没有逐渐增大,甲酸分子与水分子之间的氢键数目呈逐渐减少的趋势.而随着温度的升高,油模型具有的动能越大,酸分子的扩散逐渐增强.油模型中,含水量越多,水和酸在热运动下碰撞油分子的能量越大;温度越高,相互之间的碰撞越激烈.模拟结果说明水分增加或温度增高,均对油分子的结构稳定性造成一定程度的破坏.

模型溶液的分子动力学模拟及扩散系数计算

通过对模型溶液的分子动力学模拟，确定了这些溶液的径向分布函数，自扩散系数Ｄ１、Ｄ２和互扩散系数Ｄ１２。结果表明，用Ｅｉｎｓｔｅｉｎ法和Ｇｒｅｅｎ－Ｋｕｂｏ法得到的扩散系数在数值上是一致的；溶液互扩散系数Ｄ１２与自扩散系数Ｄ１和Ｄ２满足关系式Ｄ１２＝ｘ１Ｄ１＋ｘ２Ｄ２。