细聚丙烯纤维混凝土介观离散力学模型及其Ⅰ型断裂强度负效应机理

细聚丙烯(PP,直径小于100μm)纤维混凝土Ⅰ型断裂强度随纤维含量增加呈现先增后减的变化规律,其机理尚不明晰。而且由于纤维数量过多,现有数值方法无法精细刻画细纤维混凝土力学行为。对此通过考虑细PP纤维亲水性提升基体局部水灰比的强度正效应和纤维桥接力强度贡献低于砂浆的强度负效应,并引入纤维直径等效系数(rf),实现介观尺度细聚丙烯纤维混凝土(PFRC)力学行为模拟。研究表明:纤维直径等效系数(rf)建议小于10;当纤维微量添加时,细PP纤维提升基体局部水灰比,使基体强度上升,此时正效应高于负效应;随着纤维含量增加,由于纤维桥接力贡献无法补偿相应面积基体强度,负效应持续增长,PFRC宏观Ⅰ型断裂强度下降。

抚顺西露天矿泥岩蠕变特性试验及介观模型研究

为研究抚顺西露天矿边坡中泥岩蠕变特征,利用ITZ-1型三轴剪切仪,采用陈氏分级加载法对抚顺西露天矿边坡中的岩样进行蠕变试验,获得岩样蠕变曲线。对试验数据进行数值拟合得到改进的Burgers模型基本参数,在ABAQUS有限元分析软件中对改进的Burgers模型二次开发编写UMAT子程序。通过Python脚本结合Voronoi多边形法建立岩石介观结构模型,模拟得出岩样蠕变曲线,分析试验蠕变曲线及数值模拟得出的介观尺度损伤。研究结果表明:抚顺西露天矿边坡中泥岩具有减速和等速蠕变阶段特性,岩石介观模型模拟所得蠕变结果与试验结果误差较小,泥岩中沿轴向生长的介观结构更易发生损伤、破坏。所建岩石介观模型可以更精确地模拟岩石介观结构特征,为工程实际中的岩石力学仿真模拟提供参考。

复杂多相流体的介观模拟:耗散粒子动力学方法及应用

在悬浮液、乳液和泡沫等复杂多相流体中,离散分布着大量的纳米至微米尺度的颗粒、液滴和气泡等,在流动作用下这些离散相物质呈现出复杂的个体或群体运动行为,进而显著影响这些复杂多相流体的宏观流变和流动行为.针对这类流体,开展介观尺度数值模拟成为一种有效且相对经济的研究手段.其中,耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)方法是一种具有代表性的介观尺度数值模拟方法,由于其粒子方法的特质,DPD方法适合用于上述复杂多相流体内部结构的数值建模和数值模拟研究.本文对近年来DPD方法在颗粒悬浮液、乳液和气泡等复杂多相流体模拟方面研究进展进行了系统的介绍,深入探讨了DPD方法在复杂多相流体介观模拟方面的针对性改进以及当前存在的不足,并对DPD方法的研究和应用进行了总结和展望.

湿式弦栅丝绕流传热介观模型推导与数值仿真

将隧道施工过程中产生的污风进行净化消热处理,对施工隧道环境控制具有重要意义。为了找到热流体穿越湿式弦栅丝的流动换热规律,采用格子玻尔兹曼方法,建立低雷诺数下的圆柱绕流传热介观模型,进一步结合已有关联式验证模型的准确性;基于上述模型,考察雷诺数Re=200的条件下串列圆柱绕流流场与温度场分布;量化不同间距比L/D下流场与温度场的结构演化,分析换热特征参数努塞尔数Nu与间距比和换热时间的关系,揭示流场结构对温度场的影响。结果表明:流场与温度场的分布规律具有一致性,不同L/D下流场与温度场呈现不同特征,L/D较小时,上下游圆柱之间形成流动死区,换热效果差,随着L/D的增大,下游圆柱对上游圆柱流场的抑制作用减弱,尾流中出现旋涡,流动死区被打破,冷热流体掺混增强;存在临界间距比L/D=2.65,超出这一临界间距时,下游圆柱时均Nu始终大于上游圆柱,且当L/D=4时,上下游圆柱时均Nu趋于稳定,在具体工程应用中,应使间距比L/D≥4。

基于改进的介观裂缝岩石物理模型的频散AVO特征分析

地下储层中存在介观尺度的裂缝是导致地震波的速度频散和能量衰减的一个重要原因。从Galvin介观裂缝模型出发,重构其低频极限和高频极限的表达形式,将频散关系施加到裂缝模型上构建依赖频率的裂缝柔度参数,建立了一种改进的介观尺度的裂缝型岩石物理模型。基于该改进模型,利用附加柔度的组合性质,可以容易地构建更复杂的模型并进行依赖频率的地震响应特征分析。在传统的反射系数公式中引入频率参数,分析了具有不同裂缝长度、背景渗透率、流体粘度等频散敏感参数的反射界面上的频散AVO及地震记录响应特征。通过数值模拟得出频散敏感参数主要影响发生频散的频段,即影响岩石的特征频率;当模型的特征频率与地震波频段主频相近时,频散现象最突出,当特征频率大于地震波频段主频一个数量级时,可以忽略频散作用,此时采用传统的Gassmann方程即可较准确地分析地震剖面的特征。基于改进模型得到的认识为地震频散特征的实际应用提供了岩石物理模型的构建方面的指导。

介观尺度结晶形貌对XLPE电缆绝缘击穿特性影响研究

为了研究XLPE材料的介观尺度结晶形貌对其交流击穿特性的影响并分析其作用机理,通过控制样品在降温结晶过程中的降温速率,制备得到了具有不同结晶形貌的XLPE试样。同时,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对试样的结晶结构与形貌进行了表征和观测,并使用宽频介电谱仪、三电极系统和交流击穿系统对其介电性能进行测试。最后,结合仿真模拟的手段对试验结果进行验证及机理分析。结果表明:减小降温速率可以延长结晶时间,使分子链规则排列堆叠形成大尺寸球晶,晶区面积占比较高且结构相对完善。结晶结构的完善使XLPE试样的相对介电常数小幅上升,电导率降低,击穿强度及其稳定性显著提升。仿真与试验结果相一致,介观尺度下试样内部完善的结晶形貌降低了球晶间的电场畸变程度,抑制了局部放电与击穿的发生。

基于三维数字岩心的介观尺度流弹性响应数值模拟

复杂介质油气藏的地震波频散和衰减是地球物理勘探中油气特征反演与解释的重要属性.介观尺度处于微观孔隙尺度与宏观地震波场尺度之间,地震波穿过饱和流体岩石时激励流体发生频散和衰减,导致地震波能量损耗,被称为介观波致流.其形成机理、特征和规律一直是勘探地球物理学和岩石物理学等领域共同关心的科学问题,也是研究的前沿和难点之一.本文首先选取印第安纳灰岩(Indiana)作为研究对象,通过排水方式饱和样品,使用CT方法研究介观流体分布特征和规律;为研究其机理,引入Biot孔弹性理论构建三维(3D)数值模型,模拟部分饱和岩石的纵波速度频散和衰减特征.经对比,数值模拟结果与实验结果匹配,表明Biot孔弹性理论可以用来描述介观波致流的物理机理.本文发展的岩石物理实验结合数值模拟的研究手段为今后研究介观流衰减和频散的特征和规律提供了理论和方法借鉴.

等离子体改性裂解炭黑填充天然橡胶硫化胶的微、介观结构及性能

对比了不同功率等离子体改性裂解炭黑(CBp)的粒径分布、比表面积和表面活性,考察了等离子体改性功率对填充天然橡胶硫化胶微、介观结构及其对动、静态力学性能的影响。结果表明,CBp-200W的比表面积最大,CBp-600W的比表面积最小。当改性功率高于400 W时,CBp聚集体出现不同程度的熔结现象。与NR/CBp-0W复合材料相比,NR/CBp-200W复合材料的表面粗糙度减小,交联密度和结合橡胶含量增大。随着等离子体改性功率增大,复合材料的表面粗糙度和交联密度均增大,结合胶含量减少。改性CBp填充体系强填料与橡胶相互作用(E′st)差别不大,而NR/CBp-200W体系的弱填料与橡胶相互作用(E′1)最大,且随改性功率的增大而下降。NR/CBp-200W体系的拉伸强度最大,NR/CBp-600W体系的定伸应力最大,其扯断伸长率和拉伸强度均最小。

单液滴介观润湿行为理论模型与动态特征

为从介观尺度考察液滴在固体基面的铺展特性,基于格子玻尔兹曼方法(LBM),在D2Q9物理模型中,通过离散速度和作用力,建立单个液滴动态润湿二维模型;利用上述理论模型,结合解析解,验证模型准确性,进一步引入无量纲参数Bond数,表征重力与表面张力相对大小对液滴润湿轮廓的影响,定量分析气-液界面参数和壁面属性对接触角和铺展系数的影响特征。研究结果表明:终态接触角和铺展系数由固体基面固有润湿属性和表面力决定;势能和表面能的相互转化是液滴实现动态润湿的关键,介观尺度下液滴特征半径不大于25时,液滴越大,终态接触角越小,铺展系数越大,一旦超出区间临界值,终态接触角和铺展系数将趋于定值;固体基面属性越大,则亲水性越强,终态接触角越小,液滴越容易铺展;气-液界面属性的绝对值越大,则表面张力越小,铺展系数越大,润湿效果越好。

一维介观链中的多电荷孤子研究

采用半经典模型对一维介观结链中存在多个剩余电子时的电势分布进行了研究 ,并发现在一维介观链中存在多电荷孤子 .多电荷孤子的特征是它的电势峰劈裂为多个峰 ,每个剩余电子存在的岛都对应着 1个峰 .

全球首款静态CT启动临床,介观成像实现细胞级信息识别成为可能

在临床上,普遍认为毫米及以上的成像是宏观成像,如关于脏器、血管等各类器官、组织的成像,此类成像通常以厘米、毫米为单位。而微米级别的成像则被认为是介观成像,如组织、细胞等,通常以微米为单位。其中,100微米被看作是宏观成像与介观成像的分界线。

介观尺度模拟方法及其在金属材料微观组织演变中的应用

介观尺度模拟方法是表征金属材料微观结构变化或微观组织结构与力学性能之间关系的重要手段,可以在减少实验数量的基础上,将结果性实验向过程性实验转移,从而更直观地表征实验结果。针对金属材料常见的介观尺度模拟方法,对晶体塑性模型、蒙特卡罗法、相场法以及元胞自动机法进行了综述,回顾了不同方法的理论基础和发展历程,阐述了其特点及局限性;分别从金属材料织构演变、动态再结晶、固态相变和凝固相变等角度介绍了不同方法的典型应用场合,最后展望了该领域未来的发展趋势,以期为金属材料微观组织演变的介观尺度模拟提供更具参考性的方法。

介观TiO_(2)晶体材料的拓扑转变合成及其性能

以层状结构的钛酸盐HTO(H_(4x/3)Ti_(2-x/3)□_(x/3)O_(4)•nH_(2)O)为原料,采用水热的方法合成了金红石型介观TiO2晶体。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试手段,研究了反应温度对利用拓扑结构转变方式合成的金红石型介观TiO_(2)晶体材料的影响。结果表明,金红石型TiO_(2)晶体材料可以在反应体系pH为0.5的条件下得到,当反应温度升高到120℃时,形成了金红石型介观TiO_(2)晶体材料。以罗丹明B(RhB)为污染物模型进行了降解实验。结果表明,120℃时金红石型介观TiO_(2)晶体材料的光催化活性明显高于其他样品,主要是由于介观晶体具有较为特殊的电子传导特性,有助于电子与空穴的分离。染料敏化太阳能电池(DSSCs)实验结果表明,120℃时所形成的介观晶体结构有助于光生载流子的快速迁移,从而获得较高的电池特性。

介观压阻效应

为了突破传统机电转换 ,如压电、压阻及压容等效应的宏观物理局限 ,着手研究介观压阻效应。本文提出 ,通过四个物理过程来实现介观压阻效应。原理上讲 ,在力学信号作用下 ,纳米结构中的应力分布会发生变化 ;应力变化可引起内建电场的产生 ;内建电场将导致纳米结构中量子能态发生改变 ;量子能态改变会引起共振隧穿电流的变化。

有限温度下介观LC电路中的量子涨落

在有限温度下,介观电路系统实际上并不处在一个确定的量子状态,而是处在混合态。利用量子正则系综理论研究了介观LC电路在混合态下电荷和电流的量子涨落。结果表明,有限温度下介观LC电路中的量子涨落不仅与电路器件参数有关,而且与温度也有关。温度越高,电路中的量子涨落越大。该方法较热场动力学(TFD)方法更易于理解和应用。由于实际的介观电路总是处在有限温度下,所以其结论对控制介观电路中的量子涨落有一定的实际意义。

介观含源耦合电路中的量子力学效应

通过对无耗耦合含源介观电路的量子化和体系哈密顿量的对角化 ,计算了压缩真空态下和含源电路基态下电荷、电流的量子涨落 .结果表明 ,介观耦合电路中存在量子力学效应 ,每一回路的量子涨落除决定于回路自身参量外 ,还决定于另一回路的电学参量 ,即两回路中的量子涨落是相互关联的 ;此外 。

纳米液滴——一种新型介观物质

纳米液滴是一种尺寸为１０－１００ｎｍ并包含了大约１０４－１０７个液体分子的介观液滴。该液滴的特性既不同于微观液体分子团簇，又不同于宏观状态的液体。因此开展纳米液滴的研究，可以加深人们对液体结构、性质及其关系的认识，找到液体的全新用途。本文介绍了自然界和人类生产生活中存在的纳米液滴，指出了可能的制备纳米液滴的方法和广泛的应用前景。

介观电路量子力学效应的研究进展

在简述介观物理的发展背景之后,主要介绍了自20世纪90年代以来,介观电路量子力学效应研究的一些新进展。

有互感的介观电感电容耦合电路的量子效应(英文)

利用正则变换和幺正变换的方法研究了有互感的介观电感电容耦合电路的量子效应,并把介观电感电容耦合电路和另外几种耦合电路进行了比较。发现在耦合电容存在的有互感的电路中,通过调节互感耦合系数来控制电路的量子涨落和压缩效应是很方便的。电路中电荷和电流的不确定关系与正则变换参数φ和不确定关系参数ξ有关。当ξ→1或φ→nπ/2(n=0,1,2,…)时,电荷和电流的不确定关系接近最小值h/2。

有源含时介观RLC电路的量子化波函数的解

采用正则变换得出电感、电容、电阻随时间变化情况下的有源含时介观 RLC电路的哈密顿量 。