力电耦合作用下多孔石墨烯膜时间维度的脱盐性能及机理研究

海水淡化时间选择性原理是利用流固界面边界滑移来实现大孔径多孔石墨烯反渗透膜的高效脱盐。采用分子动力学方法,对旋转的多孔石墨烯反渗透模型施加电场,进一步调控多孔石墨烯-海水的边界滑移,探索力电耦合效应对多孔石墨烯脱盐性能的影响规律。结果表明,施加电场导致多孔石墨烯-海水的界面摩擦增大,供给端流固边界滑移速度减小。但重要的是,施加电场可以使多孔石墨烯反渗透膜的水通量较未施加电场时提升约12%,虽然此时盐离子截留率略有降低,但仍保持在90%以上。通过分析盐离子通过纳米孔的能障和水分子的平均氢键数,深入阐明了电场对多孔石墨烯时间维度脱盐性能的影响。

超高速碰撞力电耦合的模型分析

超高速碰撞成坑过程中,等离子体运动产生的瞬时电场和电磁辐射对靶板中的应力状态产生影响,靶板中应力状态的变化又会加剧靶板的损伤和破坏,进而影响等离子体运动及等离子体产生的电磁辐射,发生变化的等离子体及其电磁辐射又会影响靶板中的应力状态。等离子体及其电磁辐射在靶板中产生的附加应力使靶板更易损伤和破坏,加剧了靶板材料发生等离子体相变。建立了超高速碰撞等离子体及其电磁辐射在靶板中产生附加应力的理论模型。结果表明:碰撞速度为5 km/s时,附加应力约为1 MPa,碰撞速度大于15 km/s时,附加应力达到数十兆帕,超高速碰撞过程中的力电耦合效应比较明显。将附加应力理论模型引入分子动力学计算程序中,对超高速碰撞过程中的力电耦合效应进行模拟。结果表明:超高速碰撞产生的等离子体及其电磁辐射使靶板势能有所增加,而对靶板温度影响不大,使靶板在后续碰撞过程中更易损伤和破坏。

基于FLAC^(3D)模拟的矿山巷道掘进煤岩变形破裂力电耦合规律的研究

首先通过FLAC3D软件对矿山巷道掘进过程中煤岩内部应力场分布规律进行了数值模拟,并提取了各个单元的应力值;然后根据数值模拟应力值和煤岩受压变形破裂过程中产生的电磁辐射(EME)强度与煤岩内部应力之间的力电耦合关系式研究了巷道掘进过程中产生的电磁辐射信号变化规律。研究结果表明:模拟应力值的变化规律与理论分析和现场实际围岩应力显现规律是一致的,从而说明该方法能正确模拟现场煤岩受采动影响时内部应力场的变化规律;将较大范围煤岩体单元当作电磁辐射源时的计算结果只比将应力集中区看作电磁辐射源的计算值大3%～8%,说明在现场监测到的EME强度反映的是应力集中区煤岩变形破裂的程度;EME强度在迎头沿着走向符合先逐渐增大达到峰值后再逐渐降低的规律,呈现出与煤岩内部应力变化相同的规律;随着迭代时间的增加,EME强度在同一监测点的变化关系先是逐渐增加,增加到一定程度后趋于平缓,反映了煤岩体内部应力的变化规律;巷道开挖后内部应力变化的快慢表现在EME强度的变化上。现场钻孔内不同深度EME强度测定结果基本上也呈现出与模拟结果相同的变化趋势,同时证明了力电耦合方法的合理性。

压电振动能量采集器的力电耦合模型及其功率优化

为提高传统压电振动能量采集器集总参数模型的性能预测精度,考虑悬臂梁的振型信息与轴向应变分布情况,提出了一种改进的力电耦合模型,该模型引入无因次幅值修正因子,通过曲线拟合方法确定了修正因子与振型函数和振动幅值之间的关系表达式;利用Rayleigh-Ritz模态分析法确定了力电耦合模型中的集总等效参数(如质量、刚度等),并根据弹性动力学原理建立了能量采集器的运动控制方程,得到了稳态时能量采集器的力、电输出响应表达式;最后,利用改进的模型对能量采集器的负载电阻和输出功率进行了优化,得到了负载短路和负载开路时能量采集器的最优输出特性。仿真结果与实例对比验证了提出模型的正确性,表明改进的力电耦合模型具有较高的预测精度。

煤岩力电耦合模型及其参数计算

电磁辐射技术已经在矿山煤岩动力灾害预报中得到了应用,根据煤岩强度的统计理论和损伤力学理论,建立了受载煤岩的力电耦合模型,推导得到了该模型中参数的确定方法,并结合实验结果对其中的参数进行了计算.结果表明:煤岩材料的破坏是内部代表性体元微损伤累积的结果,电磁辐射可以反映煤岩体的损伤程度,力电耦合模型能够较好地描述煤岩变形破裂过程的电磁辐射规律,参数的拟合相关系数较大说明该方法合理可行.

基于FLAC^(2D)模拟的矿山巷道掘进煤岩变形破裂力电耦合规律研究

通过FLAC2D模拟了矿山巷道掘进过程中煤岩内部应力场的分布规律;根据提取的模拟计算应力值和煤岩受压变形破裂过程中产生的电磁辐射强度与煤岩内部应力之间的力电耦合关系式,对巷道掘进过程中产生的电磁辐射信号变化规律进行了研究。研究结果表明:电磁辐射模拟计算值在巷道中间高度的电磁辐射信号是最强的;在不同的加载应力下,监测点接收的电磁辐射模拟计算值也有较大的差别,加载应力越大,产生的电磁辐射信号越强;监测点接收的电磁辐射模拟计算值随着频率的增加而呈幂率关系下降;将应力集中区域看作电磁辐射源区是可行的。研究成果为煤岩灾害动力现象电磁辐射监测技术的研究提供了一种新的研究思路和方法。

煤岩动力灾害电磁辐射预测技术中力电耦合方法的研究及应用

对煤岩动力灾害电磁辐射预测技术的研究现状和发展趋势进行了论述与分析,基于煤岩变形破裂电磁辐射信号与受载时应力变化之间的关系,从FLAC应力场数值模拟与电磁辐射传播的角度对煤岩变形破裂电磁辐射力电耦合研究方法进行了研究。研究结果表明:基于FLAC模拟的力电耦合方法能合理地确定应力集中区域以及正确模拟电磁辐射在煤岩层内的分布规律,该方法为现场应用电磁辐射方法和技术准确预测预报煤岩灾害动力现象提供可靠的理论基础,对于完善煤岩变形破裂电磁辐射监测和检测理论以及促进相关学科的发展具有理论和现实意义。最后还对未来煤岩动力灾害电磁辐射预测技术研究的发展前景进行展望。

微电子机械系统中典型构件的力电耦合分析及其应用研究

力电耦合是大多数微电子机械系统 (尤其是以静电驱动的微机械 )的重要特征。文中采用有限元 (FEM )结合边界元 (BEM)的方法来混合求解MEMS中的力电耦合问题 ,利用自行研制的程序给出了几种典型构件 (平行板、悬臂梁和固支梁 )的分析结果 ,并同其他商业软件 (ANSYS和Intellisuite)的计算结果进行比较。同时 。

锆钛酸铅陶瓷在力电耦合场下疲劳性能的评价

小样品力学性能试验方法(Modified Small Punch Tests,简称MSP)是评价陶瓷材料力学性能的一种有效方法.采用改进型多场耦合小冲压(MSP)试验法评价了Pb(Zr,Ti)O3陶瓷(PZT)在力电耦合和纯力场下的疲劳性能.通过对比在纯力场和力电耦合下的力学性能可以看出:与纯力场下相比,PZT陶瓷在力电耦合下的断裂强度会降低.在力场和电场的同时作用下,疲劳寿命显著缩短,压电陶瓷材料内部易出现沿晶断裂.

基于力电耦合冲击矿压电磁辐射预测法的研究

笔者首先提出了煤岩变形破裂过程电磁辐射与应力耦合的概念 ,然后在实验研究、理论分析和数值模拟的基础上从力电耦合的角度研究了煤岩冲击矿压预测的电磁辐射法 (EME)。研究结果表明 :FLAC3D方法能对矿山巷道掘进过程煤岩内部应力场进行有效的数值模拟 ;电磁辐射信号主要来源于应力集中区 ,在场点监测到的电磁辐射信号主要是应力集中区煤岩变形破裂过程产生的 ;EME信号呈现出与煤岩内部应力变化相同的规律 ;利用力电耦合方法研究煤岩冲击矿压电磁辐射预测法是可行的。笔者最后还对未来煤岩冲击矿压电磁辐射预测法的研究进行了展望。

含孔功能梯度压电材料板的力电耦合无网格伽辽金法

为提高含孔功能梯度压电材料板的计算精度,基于变分原理和功能梯度压电材料的本构关系、几何关系、边界条件等,推导出功能梯度压电材料的无网格方程,提出含孔功能梯度压电材料板的力电耦合无网格伽辽金法。求解含孔功能梯度压电材料板的力学问题,研究孔边环向应力分布及力电集中问题,讨论材料参数按某一方向呈指数函数梯度变化时功能梯度压电材料的力学响应,与ANSYS计算结果进行比较,数值算例结果表明本方法正确可行且具有较高的精度,可求解任意梯度函数的功能梯度压电材料问题。

铁电陶瓷PZT53复杂力电耦合行为的实验研究

通过实验研究了平行和垂直于极化方向的正应力对铁电陶瓷锆钛酸铅(PZT53)的电滞回线(E3-P3)和电致应变曲线(E-ε)的影响.实验发现平行于极化方向的压应力对PZT53陶瓷的电滞回线、电致应变曲线形状以及矫顽场大小都有明显的影响,但是垂直于极化方向的拉、压应力只对PZT53陶瓷的电致应变曲线形状有明显的影响,但对电滞回线形状和矫顽场大小都没有显著影响.采用畴翻转的模型详细解释了观察到的实验现象,所得结果为建立铁电陶瓷的多轴力、电耦合本构模型,提供了物理基础.

力电耦合载荷作用下铁电陶瓷破坏行为的云纹干涉方法研究

本文介绍了如何用云纹干涉法实时地观察铁电陶瓷在力载荷和电载荷共同作用下裂尖的破坏行为.测量了三点弯试验中由电场和应力集中导致的裂尖的变形场.对变形的云纹图分析表明:当极化方向与裂纹扩展方向一致,且都与电场方向垂直,裂尖附近的正应变随电场的增加而增加,应变集中现象比较突出,电场促进和加速了裂纹的扩展.

微构件316L在力电耦合下力学行为实验研究

力学场与电场造成的场耦合下,微构件材料的力学行为的研究有重要的意义.用自制的微拉伸装置,通过对不同电流作用下的直径为20m的316L微构件进行拉伸实验,发现微构件在拉伸作用下出现明显的塑性变形;力学性能与宏观性能有所不同,出现了小尺寸效应;不同电流作用下,微构件的弹性模量和拉伸强度随电流的增大而降低,获得了可靠的设计参数.

基于MEMsFEM的功能梯度压电板力电耦合分析

功能梯度压电材料(FGPM)是一类材料特性连续变化的力电耦合材料.由于材料性能的不均匀性,相应的力学分析具有很大挑战.基于混合扩展多尺度有限元法(MEMsFEM)建立了FGPM力电耦合问题的分析模型.采用传统多尺度有限元法构造电势多尺度基函数,用扩展多尺度有限元法在不同坐标方向构造位移多尺度基函数,并通过引入耦合附加项考虑各坐标方向位移场间的耦合作用.多尺度基函数的构造可以有效捕捉材料的非均质性,由此可以在粗尺度上对问题进行求解,明显减少了计算量.最后通过数值算例验证了MEMs FEM的有效性和高效性.文中模型为功能梯度材料力学行为的数值模拟提供了有效途径.

DLC膜在磨损、表面改性及力电耦合作用下损伤特性

为评价超薄类金刚石(DLC)膜在使用过程中的安全状况,利用原子力显微镜(AFM)的多模式功能,从磨损、表面改性、力电失效3个方面对DLC膜进行了试验研究.研究结果表明:相同法向力作用在不同厚度薄膜的磨损深度不同;对DLC膜的形貌和电学特性进行比较发现,磨损区域导电性比未磨损区域强;在厚度为64.09 nm薄膜施加正向25 V电场作用下,当针尖作用在表面的压力超过一定临界压力(375 nN)之后,薄膜发生击穿,形成凹坑.

基于力电耦合煤岩特性对煤岩破裂电磁辐射影响的研究

为了有效地预测预报和治理煤岩动力灾害现象 ,在利用实验研究、理论分析和数值模拟方法研究煤岩变形破裂电磁辐射和应力耦合规律的基础上 ,研究了煤岩特性对煤岩变形破裂电磁辐射的影响。研究结果表明 :巷道掘进过程周围煤岩特性如体积弹性模量、内聚力和内摩擦角等对煤岩内部应力分布有较大的影响 ,应力峰值距离煤壁距离随着加载应力和采深的增加是逐渐增大的 ,应力峰值距煤壁距离随着煤岩体积模量、内聚力和内摩擦角的增加是逐渐减小的 ;随巷道两帮煤岩体积模量、内聚力和内摩擦角的降低 ,在监测点电磁辐射信号是逐渐减弱的 ,说明一方面是由于煤岩内部变形破裂程度降低即应力集中程度降低 ,另一方面是应力集中区距离监测点越远所致 ,力电耦合计算结果表明 ,通过监测电磁辐射信号的变化规律一方面可以来评价煤岩内部应力集中程度 。

离子聚合物金属复合材料的力电耦合模型

提出了一种基于不可逆热力学和纯弯曲理论的力电耦合模型,以描述和预测离子聚合物金属复合材料的力电特性.力电耦合模型的表达形式可简化为含有两个驱动力(电场E和压力梯度▽p)的线性等式,主要依据离子传输、电场作用和弹性变形之间的耦合关系预测IPMC的力电特性;采用纯弯曲理论近似描述了IPMC的受力特征,这个力电耦合模型可解释IPMC材料的驱动特性和传感特性,能较好地预测IPMC在直流激励下响应,误差在-7%以内.

一种新型力电耦合超晶格半导体结构研究

采用分子束外延方法在GaAs衬底(001)上生长了AlAs/GaAs双势垒超晶格薄膜结构,测试出超晶格薄膜在室温下随着外加压力变化下,其I-V特性曲线的漂移与外加压力成一定比例关系。为基于MEMS共振隧穿效应的力电耦合传感器的研究提供了一定的基础。

煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应的力电耦合规律

理论分析了煤岩变形破坏过程中电磁辐射脉冲数与损伤之间的关系,探讨了煤岩变形破坏电磁辐射产生机制及电磁辐射记忆效应的力电耦合规律,建立了等围压三轴应力状态下含瓦斯煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应的力电耦合模型,实验测定并分析了单轴压缩状况下含瓦斯煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应的力电耦合规律.结果表明,含瓦斯煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应力电耦合模型很好地反映了煤岩变形破坏电磁辐射记忆效应特征规律和微观损伤机理.