自我导向学习与情景模拟相结合实验教学模式的构建

目的:改革护理教学模式,提高护理教学成效,培养实用型临床护理人才。方法:比较传统护理实验教学模式和典型案例引导的自我导向学习与情景模拟相结合实验教学模式的教学效果。结果:自我导向学习与情景模拟相结合实验教学新模式,激发了学生的学习主动性,培养了学生发现和解决问题的能力、组织协调能力、随机应变能力以及与他人沟通能力。结论:自我导向学习与情景模拟相结合的实验教学新模式,教学成果显著,值得推广。

柴北缘欧龙布鲁克地块中元古代晚期麻粒岩相变质作用——来自石榴夕线堇青石片麻岩的岩石学、相平衡模拟和U-Pb年代学的制约

在欧龙布鲁克地块乌兰北部地区察汗河岩群中识别出麻粒岩相石榴夕线堇青石片麻岩,其矿物组合为石榴子石、夕线石、堇青石、黑云母、斜长石、钛铁矿和少量钾长石等。岩相学观察显示,M1阶段矿物组合有斜长石±钾长石+石榴子石+夕线石+石英,M2阶段矿物组合有斜长石±钾长石+石榴子石+夕线石+石英+钛铁矿+黑云母,M3阶段矿物组合有堇青石+黑云母+钛铁矿+石英+石榴子石+斜长石±钾长石。相平衡模拟计算结果显示,该岩石的峰期温压条件为p=0.92~1.08 GPa,峰期温度t>790℃,峰期之后经历升温降压的p-T演化轨迹。锆石和独居石LA-ICP-MS U-Pb年代学研究获得的变质年龄分别为1133±14 Ma和1125±37 Ma,1133~1125 Ma应代表了该期麻粒岩相变质作用的时代。结合区域地质资料和已有的研究成果,我们认为乌兰北部察汗河岩群的石榴夕线堇青石片麻岩可能形成于大洋俯冲作用下的弧或弧后构造环境,乌兰北部的岩浆-变质杂岩带经历了从中元古代晚期-新元古代早期俯冲增生到碰撞造山的演化过程,是全球Rodinia超大陆汇聚过程的响应。

Fe-3%Si合金薄带连铸板热处理过程层状异构组织演变的相场模拟研究

本研究基于Fe-3%Si合金铸轧板材组织特征,构建了不同类型柱状晶/等轴晶层状异构组织相场模型,实现了界面曲率为驱动力的情况下层状异构组织的高温粗化过程模拟,量化分析了层状异构特征对铸轧组织演化过程的影响规律。研究表明,由于晶粒长径比对晶粒尖端曲率的影响,当初始状态下柱状晶长径比较高时,在界面曲率的驱动下最终会形成等轴化的多晶组织;反之则等轴化程度减小。明确了不同类型异构组织演化特征,相同退火时间下组织的等轴化程度受其层状异构特征的影响,这一现象的本质是等轴晶通过自身演化引起柱状晶两端曲率变化,诱发柱状晶间的相互“吞噬”并发生等轴化,柱状晶则在部分结构的组织中生长至带钢表面后停止生长,最终保持柱状特征。本研究进一步加深了对铸态薄带中初始凝固组织在后续热处理时演化过程的认识,对硅钢制备工艺优化具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

陶瓷型复合燃料烧结过程的相场模拟研究

建立了陶瓷型复合燃料两相烧结过程的相场模型,利用该模型模拟了UN-U_(3)Si_(2)复合燃料的烧结过程.首先,研究了两相双晶粒在烧结过程中的烧结颈的演化过程.结果表明:具有较高表面能的晶粒在烧结颈形成过程中的表面形变更明显;两相双晶粒形成的平衡二面角的大小取决于两相的晶界能与表面能的比值;两相不等大的双晶粒之间未发生大晶粒吞噬小晶粒现象.然后,研究了烧结过程中的两相三晶粒之间的气孔收缩和三叉晶界的演化,以揭示符合燃料烧结过程中气孔的演变规律.结果发现,两相三晶粒形成的三叉晶界夹角偏离了120°,晶界处的高能势垒阻碍了气孔的空位沿晶界的扩散,导致三叉晶界处的气孔收缩速率减慢.最后,研究了两相陶瓷型复合燃料的多晶烧结过程.不同体积分数比的两相多晶烧结组织形貌演化的模拟结果表明,晶界扩散在两相烧结过程中起主要作用,体积分数较大的相的晶粒生长占据主导地位,两相晶粒之间存在阻碍晶界迁移的作用,同相晶粒之间存在晶粒迁移现象.

定制电解液或隔膜实现锂离子各向异性输运从而抑制枝晶生长:相场模拟研究

电池内部不可控的枝晶生长问题严重地影响着电池的循环性能和安全性能,这对于锂金属电池的实际应用是一个严峻的挑战。尽管已有较多的实验和理论研究工作聚焦于电极间锂离子各向异性输运特性对枝晶形貌的影响,但仍有一些开放性的问题有待进一步研究,例如,如何将枝晶生长的动态演变与电解液性质、电势分布或隔膜多孔结构诱导的锂离子各向异性输运关联起来。我们通过将锂离子在电解液中的扩散系数(D_(L))表示为二阶张量的形式并进行相场模拟,发现D_(yy):D_(xx)比值的增加,以及电势诱导的电极/电解液界面锂离子快速扩散层均可以降低界面处锂离子浓度梯度和电势梯度,从而减弱枝晶生长的驱动力。我们还发现隔膜基体与y方向之间夹角的增大也会显著促进电解质中的锂离子各向异性输运特性,以利于抑制枝晶生长。籍此本文提出设计D_(yy):D_(xx)=10:1的电解液和基体倾斜角为arctan(0.5)的隔膜用于锂金属电池。该相场研究有望为设计具有抑制枝晶能力的电解质或隔膜提供指导。

外加载荷对热弹性马氏体正-逆相变影响机制的相场模拟研究

本工作建立了一种新的马氏体逆相变的相场模型,以Cu-Al-Ni合金为例,研究了热弹性马氏体正相变和逆相变的演化规律,揭示了热弹性马氏体的形状记忆效应。同时模拟了拉伸释放弹性应变能这种机制对热弹性马氏体相变和热弹性马氏体逆相变的作用,研究了外加载荷对马氏体逆相变温度As的影响。模拟结果表明:应变能是形状记忆合金马氏体相变的阻力,是其逆相变的驱动力。在马氏体正相变过程中,拉伸载荷释放了应变能,降低了相变阻力,从而对马氏体相变起促进作用;在马氏体的逆相变过程中,由于拉伸载荷降低了马氏体所储存的应变能,因而降低了逆相变过程的驱动力,使合金逆相变As温度升高,进而提高了热弹性马氏体的低温稳定性。模拟结果与实验结果相一致。

相场模拟研究AZ31B镁合金的动态再结晶

镁合金被广泛应用于材料科学、航空航天及军事装备等领域。实验发现,镁合金材料在动态加载下的力学响应与介观尺度不连续动态再结晶紧密相关。为此,构建了镁合金动态再结晶的相场模型,以AZ31B镁合金为研究对象,模拟了不同温度(250~400℃)、低应变率(0.01~1.00 s^(-1))加载下的不连续动态再结晶演化过程。再结晶相场模型耦合了塑性应变,实现了应力-应变曲线与再结晶组织演化的迭代求解。模拟发现,再结晶晶粒的体积分数和平均晶粒尺寸随温度的升高而明显增大,随应变率的增大而减小。

Zr-2.5Sn合金高温腐蚀过程的相场模拟

本工作利用腐蚀电化学计算腐蚀界面能,构建了锆合金腐蚀过程的相场模型.首先,利用所建立的模型模拟了Zr-2.5Sn合金均匀腐蚀过程,模拟结果显示该合金的腐蚀动力学曲线符合立方规律,与实验结果一致.分析发现,在氧化层生成的初期,氧化层生长速率很高,但是受温度的影响不明显;随着氧化层厚度的增长,温度对氧化层生长曲线的影响变大,温度越高腐蚀速率越快.多晶Zr-2.5Sn合金腐蚀行为的模拟结果表明,在锆合金基体晶界处由于具有更大的氧扩散速率,氧化速率加快,并在金属-氧化层界面朝向金属基体一侧形成了沿晶界的具有更高浓度的O^(2–)带,且对氧化腐蚀速率的影响主要表现在氧化初期,相场模拟获得的腐蚀动力学曲线与实验结果符合非常好.

机器学习辅助相场模拟预测锂离子输运参数对电池枝晶最大生长高度和空间利用率的影响

在锂基电池反复充放电的过程中,锂离子在负极表面的不均匀沉积会导致不可控的枝晶生长,进而严重影响电池的安全性能。相场模拟方法是描述和预测枝晶生长的有力手段,然而求解描述场变量演化的偏微分方程组对计算资源的要求较高。机器学习因能快速拟合历史数据中的潜在规律以实现材料性能的预测,已被广泛用于电池材料性能预测与筛选、电池健康状况评估等方面。本文以锂离子输运参数对电池枝晶形貌的影响为例,通过相场模拟收集不同锂离子扩散系数与离子电导率对应的枝晶图像,基于这些数据训练机器学习模型,进而预测给定离子输运参数所对应的枝晶描述因子(枝晶最大生长高度和空间利用率)。结果表明K-最邻近(K-nearest neighbors)模型可以较为精准地刻画离子输运参数与两种枝晶描述因子之间的联系(R^(2)为0.995和0.992),同时机器学习模型对锂离子输运参数与枝晶描述因子间构效关系的挖掘方式及枝晶描述因子的区间范围都会影响预测结果的准确性。本文能够有效降低计算成本,有助于指导高效地设计具有枝晶抑制性能的电池材料体系。

基于三重震相波形模拟的东北亚地区上地幔S波速度结构研究

对上地幔波速结构的研究有助于认识上地幔物质组成和温度分布,同时还可以为地球动力学的研究提供约束条件。笔者根据中国数字地震台网记录到的位于东亚地区的两个地震波路径近似相互垂直的地震事件,通过三重震相波形模拟的方法,对探测区域下方的上地幔速度结构进行了研究。结果表明,两个不同方向的地震事件得到的波速模型均在250 km以上存在低速带,波速降幅两者有差异;过渡带下半部分均存在高速带,表明该区域过渡带受到东亚俯冲板块的影响。该区域过渡带厚度无明显变化是两个不连续面附近温度和成分分布不同造成的,和该区域过渡带受俯冲带影响的结论不矛盾。

相场法模拟强迫流场对Mg-Gd系合金中海藻晶及其晶型转变的影响

利用相场法模拟了强迫流场作用下Mg-15Gd(质量分数,%)合金中海藻晶生长机制及其晶型转变过程,并定量分析了流速变化对定向凝固过程中海藻晶向树枝晶转变的影响。结果表明:无流场作用下,在抽拉速度为50μm/s时枝晶尖端容易分裂形成海藻晶,而在抽拉速度为90μm/s时发生了海藻晶向树枝晶的转变;引入x方向强迫流场时,流速越大,枝晶向上游方向的生长倾角越大,枝晶尖端继续分裂未发生海藻晶向树枝晶的转变;而引入y方向强迫流场后,流速越大,枝晶生长速度越快、组织越细密,海藻晶向树枝晶的转变提前。

固体介质内绝缘损伤演化的相场模拟研究

环氧复合材料广泛应用在电力设备中,而其绝缘损伤引发的电树枝化是设备长期带电运行的隐患。为此,该文应用相场模拟方法,选取随机放置的片状填料、规则放置的片状填料以及球形颗粒填料,构建固体介质内部绝缘损伤通道的演化模型,分析相场模型中扩散系数、载荷传递函数对通道发展速度、发展路径、劣化面的影响规律。结果表明:规则放置的片状填料对电树枝的发展有显著的阻碍作用;模型扩散系数的增加使得发展速度和劣化面积增加;传递函数表征了电树枝劣化难易程度的特性,其中性点横坐标能够显著改变了电树枝的生长特性。研究结果可为高性能绝缘材料设计、材料劣化评估、固体内部放电路径预测提供参考。

U_(3)Si_(2)核燃料孔隙演化的三维相场模拟

U_(3)Si_(2)较UO_(2)具有更高的热导率和铀密度,故被考虑用作UO_(2)的耐事故替代燃料。然而U_(3)Si_(2)燃料在辐照过程中产生大量的点缺陷易簇聚成孔隙或气泡导致肿胀,影响燃料的服役性能和寿命。本文采用三维相场方法研究了裂变密度对U_(3)Si_(2)燃料孔隙演化的影响。结果表明:孔隙平均半径〈R〉与裂变密度F_(D)幂律相关,满足关系式〈R〉∝F^(z)_(D),幂指数z为0.45;孔隙尺寸分布呈对数正态分布,与裂变密度无关。孔隙平均尺寸随裂变密度的增加而变大,大致在2~20 nm范围内。空位数量、孔隙率、肿胀率和裂变密度呈正相关,孔隙浓度随裂变密度迅速增加后缓慢减少至稳定值。当裂变密度为14×10^(20)cm^(-3)时,孔隙浓度约为1.6×10^(16)cm^(-3),孔隙率约为0.1,燃料体积的肿胀率不超过3%。模拟结果与实验值吻合较好。

纤维增强复合材料多模式内聚断裂的相场模型

经典的断裂相场法是基于脆性断裂理论建立的变分方法,因此其无法准确描述复合材料的准脆性断裂行为。基于此,提出了一种多相场模型来描述纤维增强复合材料的多模式内聚断裂行为。通过对各向异性相场驱动力和损伤本构关系的合理定义,提出了一种混合型内聚断裂相场模型,并通过推导得到了相应的演化方程与强度准则。采用该模型进行了3种复合材料板的裂纹扩展及失效仿真,结果表明,所提出的多相场模型能够有效模拟复合材料的多模式内聚断裂行为,具有较高的应用价值。

东南极茹尔群岛梅瑟半岛富铁铝副片麻岩超高温变质作用:相平衡模拟与锆石U-Pb年龄

东南极梅瑟半岛出露大量的副片麻岩。本文以岩相学和矿物化学为基础,结合相平衡模拟、地质温度计及年代学分析方法对费拉副片麻岩中的含尖晶石榴夕线石片麻岩和梅瑟副片麻岩中的含堇青石榴夕线石片麻岩进行综合研究,结果显示片麻岩经历了超高温(UHT)麻粒岩相变质作用。两个样品峰期前阶段(M1)进变质条件为600~650℃和0.63~0.85GPa;峰期UHT阶段(M2)变质条件为930~1000℃和0.9~1GPa;峰期后变质重结晶阶段(M3)变质条件为610~780℃和0.3~0.39GPa。三个不同阶段的变质条件定义了一致的顺时针的P-T演化轨迹。锆石U-Pb年龄分析结果表明两个片麻岩样品的超高温变质和相关的深熔作用发生在990~920Ma期间的早新元古代格林威尔期,而流体改造与变质重结晶作用发生在~510Ma的早古生代泛非期。结合区域地质特征,超高温变质作用发生的构造背景可能与以放射性元素衰变为热源的大型热碰撞造山带相关。

C形管池沸腾两相流流场模拟与流固耦合分析

热交换器作为化工和核电中重要的换能设备,管束的流致振动(FIV)成为诱发管束破裂的重要因素,其安全可靠性变得尤为重要。本文为研究非能动余热排出热交换器(PRHR HX)运行工况下C形管的流致振动响应,将壳侧的换料水箱(IRWST)和C形管进行了简化,开展了流场和振动响应的数值模拟计算。结果表明,温度场中自然对流和强迫对流交汇引发的速度断层,由于流速的损失,气泡无法被冲刷,合并包裹管壁热性能下降,产生过渡沸腾,这种沸腾降低了热通量产生热分层的现象。水箱可以分气液两相热流区、单相热流区和冷流区为3个区域。其中气液两相热流区存在高湍动能,空泡率达到50%,这使得蒸汽快速生长和坍塌提供扰动的动力,并且C形管结构阻尼比有所降低,在远离固支端的上弯管处成为诱发振动最大的区域。根据C形管的振动结果,在上弯管处C形管受气液两相热流冲击时振动最为剧烈,方向为C形管面内方向,在PRHR HX中该位置管束容易与支撑和防振组件发生磨损,存在管束破裂的潜在危险。

喂子坪秦岭杂岩麻粒岩相变沉积岩的变质作用p-T演化及其构造意义

秦岭杂岩位于秦岭造山带北秦岭构造带,是研究秦岭造山带早古生代构造演化的重要岩石构造单元。喂子坪地区发育有典型的秦岭杂岩,其中的混合岩是由变沉积岩经历了强烈的深熔作用形成的。本研究对其进行了岩相学、变质相平衡模拟和LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究,以深入揭示它们的变质温压演化特征,进而阐明它们指示的构造意义。混合岩的中色体由含石榴子石角闪黑云斜长片麻岩和含石榴子石黑云角闪斜长片麻岩组成。含石榴子石角闪黑云斜长片麻岩只记录了峰期变质矿物组合,为镁铁闪石+石榴子石+斜长石+石英+黑云母+钛铁矿+熔体,而含石榴子石黑云角闪斜长片麻岩记录了3个变质演化阶段,分别是早期进变质阶段(M1):黑云母+斜长石+石英;峰期变质阶段(M2):镁铁闪石+石榴子石+斜长石+石英+黑云母+钛铁矿+熔体;退变质阶段(M3):普通角闪石+斜长石+黑云母+石英+熔体。全岩成分视剖面图模拟计算显示含石榴子石角闪黑云斜长片麻岩和含石榴子石黑云角闪斜长片麻岩压力峰期的变质温压条件分别为790~810℃/990~1040 MPa和840~862℃/1000~1190 MPa。含石榴子石黑云角闪斜长片麻岩3组局部矿物组合域成分视剖面图模拟计算得到压力峰期后变质阶段的温压条件为735~814℃/400~810 MPa、721~794℃/430~700 MPa、740~810℃/470~780 MPa。因此,本研究揭示了喂子坪地区秦岭杂岩片麻岩记录了近等温降压的p-T轨迹。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年得到含石榴子石角闪黑云斜长片麻岩和2个浅色体样品中的变质锆石206Pb/238U加权平均年龄分别为383.2±7.0 Ma、400±3.6 Ma和406.7±7.8 Ma。结合已发表的数据,喂子坪地区变沉积岩麻粒岩相峰期变质作用和强烈的混合岩化作用的时代约为410~390 Ma,而约380 Ma的年龄可能代表退变质冷却到固相线的时代。片麻岩近等温降压的变质演化轨迹指示喂子坪地区秦岭杂岩的变沉积岩在下地壳经历了麻粒岩相变质作用和随后的快速抬升,与碰撞造山引起的地壳增厚和随后的地壳伸展有关。

基于红外光谱及高温模拟蒸馏的混兑沥青化学组成分析

由于沥青质量良莠不齐,混兑调和沥青的现象时有发生。本文选取克炼沥青、塔河沥青及韩国SK沥青,按不同比例制备18种混兑沥青,采用傅里叶变换红外光谱仪采集混兑沥青的红外光谱图,结果表明,不同混兑沥青的红外光谱图差异较大,随着混兑比例的变化,其特征峰有明显变化,且线性相关性良好。采用气相模拟蒸馏测定混兑沥青的气相色谱图、沸程切割区间及初馏点温度,结果表明,混兑沥青与标准沥青谱图差异明显,随着混兑比例的不同,沸程切割区间及初馏点温度呈有规律变化。

模拟鉴相圆阵干涉仪测向性能的提高及其验证

模拟鉴相圆阵干涉仪相对于数字鉴相需要较高的信噪比,故其测向性能即解模糊概率和测向精度较低。针对这一问题提出两种提高其测向性能的方法,分别为改进型相位积累法和最优基线法。改进型相位积累法用于提高解模糊概率和测向精度,解决了因模拟鉴相特有的±π附近的相位跳变性造成的传统积累错误的问题。最优基线法以某一基线组合对应的方位角为参考输出测向精度最高的基线组合对应的方位角和俯仰角,用于提高测向精度。两种方法可组合使用。仿真和实测结果均表明了这两种方法的有效性和正确性。

铝电解槽磁流体的两相模拟及其界面追踪

采用商业软件ANSYS与CFX相结合的方法,运用有限元及有限体积法与两相流模型对300 kA铝电解槽导电磁流体的铝液、电解质两相湍流流动进行研究,并耦合VOF算法追踪铝液界面波动,模拟计算正常工况及角部换极下的稳态流场。研究结果表明:铝液流场基本呈现为2个大的漩涡,流场计算值与测试值比较接近;而在角部阳极更换后铝液中水平电流密度显著增大;在新阳极下方的铝液中形成较大速度涡旋,对流场的较大扰动导致界面波动幅度增加,极距减小;通过适当提升新极安装高度可增强磁流体的稳定性。