颗粒物质在竖直管中下行蠕动流动的实验测量

颗粒流蠕动行为是颗粒物质在竖直管中流动时常见的一种流动现象,其产生机理较复杂。为此,本文在在内径为150mm、高为5000mm的竖直管实验装置上,以FCC催化剂为固体颗粒物料,采用PV6型颗粒速度测量仪,测量不同颗粒流率下竖直管中的颗粒下行蠕动流动速度以及颗粒固含率,系统地考察了颗粒物质在竖直管中下行流动时的蠕动流动特性及产生机理。实验结果表明,颗粒物质在竖直管中下行流动时的流动行为可划分为两种形式。在颗粒流率较小时,颗粒物质下行速度呈现脉冲式变化,有速度停滞,可称之为蠕动I型流动。随着颗粒流率的增加,颗粒下行速度停顿消失,但仍是起伏变化,为蠕动II型流动。当颗粒流率增大到一定值后,颗粒物质下行蠕动行为消失,转变为流化流动。颗粒物质下行的蠕动行为是出口区颗粒成拱与崩塌、颗粒与器壁滑动摩擦和颗粒力链作用的综合反映。     

超导电磁悬浮力的数值模拟

利用超导体宏观电磁场的Kim模型对高温超导体－永磁铁悬浮系统中二才之间的电磁悬浮力进行了定量计算与模拟。通过与已有实验结果比较表明：对超导悬浮力的数值模拟能较好地反映悬浮力的主要特征。在此基础上，给出了超导体内屏蔽电流，铅直悬浮力和面内电磁力的分布情况，数值仿真结果显示了悬浮力的大小与永磁铁的表磁强度和尺寸有关。这些结果为提高超导悬浮力和改进超导宏观电磁场模型提供了理论依据。     

螺旋型爆磁压缩装置的磁通损耗

首先根据在螺旋型爆磁压缩装置实验中获得的微分，积分电流波形，对引起磁通损耗的各种因素进行了细致的分析，得出装置的磁通损耗与装置某些几何参数的关系及其在微分，积分电流波形上的反映；然后从ＭＦＣＧ电路方程及Ｍｉｎｔｓｅｖ磁通损耗系数模型出发，用实验测得的微分，积分电流数据，对每一测量点处的装置初级，次级磁通损耗系数ａ１，ａ２进行了计算。     

高温超导带材多场特性测试系统研制进展(Ⅰ)

高温超导带材具有高的临界电流密度,高磁场下优异的载流特性以及良好的成型性在强电领域如高场磁体、超导电缆等方面应用潜力巨大。在其应用过程中,不可避免的低温-大电流-强磁场环境将对超导材料的载流能力产生影响,而加工过程中的残余应力以及洛伦兹力的存在会显著的降低超导材料的临界电流,造成相应超导装置功能性难以达到设计要求、且成为重要的安全隐患。本文介绍一种新型的适用于超导带材的力-磁-电多场耦合测试系统,该系统目前采用浸泡式制冷,可实现的主要功能有:(1)超导材料临界电流密度测试;(2)拉伸应变对超导带材临界电流的影响研究;(3)磁场对超导带材临界电流的影响研究;(4)力磁耦合情形下超导材料临界电流的变化规律;(5)超导材料磁通稳定性测试。该设备的成功研制将为我国先进超导材料研发提供基础测试平台。     

高温超导带材超导涂层局部脱黏后的电磁力学行为分析

高温超导带材因其高载流z能力、低交流损耗等优点, 在超导领域得到了广泛的关注, 然而在带材的应用中出现的力学问题严重阻碍了其应用. 基于此, 本文分析了受外部磁场激励YBCO高温超导带材在超导层局部脱黏后的电磁力学响应. 基于超导临界态Bean模型和弹性力学平面应变方法, 给出了超导薄膜内正应力与基底界面处切应力相关联的控制方程, 基于数值方法研究了超导薄膜内的正应力及基底界面处的切应力随外部磁场的变化规律. 结果显示: 在脱黏区域附近, 超导薄膜内的正应力和基底$\!-\!$薄膜界面处的切应力急剧增大, 该正应力及切应力极易引起超导层的进一步脱黏. 同时, 剪切应力在结构边缘处出现极值. 基底材料的属性, 特别是杨氏模量对结构内的应力影响显著, 在软基底材料结构中, 超导薄膜内将出现较大的正应力, 而基底材料较硬时, 在基底$\!-\!$薄膜界面处将出现较大的剪切应力, 这些因素均会引起超导涂层结构的力学及电学性能的退化. 本文研究可望为超导带材的加工制备及脱黏的处理提供一定的理论指引.      

双向变步长大位移压电作动器

提出一种基于蠕动式运动原理的新型双向变步长的大位移压电作动器,建立了该作动器的动力学模型。在30Hz作动频率下,采用MATLAB-SIMULINK软件进行了仿真。设计了含有高电压驱动器的作动器实验系统,作动器样机整体机构由嵌位部分、作动部分和轨道间距微调部分组成。研究结果表明,该作动器实际可提供±8mm的双向往返运动,实际作动曲线与计算机仿真结果在0.1μm级精度条件下吻合良好。     

蠕动爬行微电机械力－电耦合的致动特性分析

对于以施加电场作为驱动的蠕动爬行微电机构，在柔韧薄板理论和电学物理基础上，通过考虑驱动元件在电场力作用下的几何非线性变形和与结构变形相关的电荷分布及电场力分布，建立了其驱动元件的非线性耦合模型。在此基础上，采用矩量法和增量有限元法相结合，给出了其微电机构在失稳前由弯曲变形引起的蠕动距离随外加电压之间的特征关系。     

一类忆阻神经元的电活动多模振荡及Hamilton 能量反馈控制

根据法拉第电磁感应定律,在离子穿越细胞膜或者在外界电磁辐射下,细胞内外的电生理环境会产生电磁感应效应,继而会影响神经元的电活动行为. 基于此,本文考虑电磁感应影响下的 Hindmarsh-Rose (HR) 神经元模型,研究了其混合模式振荡放电特征,并设计一个 Hamilton 能量反馈控制器,将其控制到不同的周期簇放电状态. 首先,通过理论分析发现磁通 HR 神经元系统的 Hopf 分岔使其平衡点的稳定性发生了改变,并产生极限环,进而研究了 Hopf 分岔点附近膜电压的放电特征. 基于双参数数值仿真发现该系统具有丰富的分岔结构,在不同的参数平面上存在倍周期分岔、伴有混沌的加周期分岔、无混沌的加周期分岔以及共存的混合模式振荡. 最后,为了有效控制膜电压的混合模式振荡,利用亥姆霍兹理论计算出磁通 HR 神经元系统的 Hamilton 能量函数并设计 Hamilton 能量反馈控制器,通过数值仿真分析了膜电压在不同反馈增益下的簇放电状态,发现该控制器能够有效地控制膜电压到不同的周期簇放电模式. 本文的研究结果为探究电磁感应下神经元的分岔结构及其能量控制领域提供了有用的理论支撑.      

非牛顿流体经波纹管流动的阻力特性

本文对Carreau流体经波纹管的蠕动流的阻力特性用差分方法作了数值求解。先施行坐标变换,提出一种保证周期性条件的混合迭代法,能较快得到问题的收敛解。流体的物质参数以及流动区域的几何参数对流动阻力特性的影响作了讨论,同时指出了直径均匀的毛管模型作为渗流模型的不足之处。     

格子Boltzmann方法模拟多孔介质惯性流的边界条件改进

格子Boltzmann方法可以有效地模拟水动力学问题,边界处理方法的选择对于可靠的模拟计算至关重要.本文基于多松弛时间格子Boltzmann模型开展了不同边界条件下,周期对称性结构和不规则结构中流体流动模拟,阐述了不同边界条件的精度和适用范围. 此外,引入一种混合式边界处理方法来模拟多孔介质惯性流, 结果表明:对于周期性对称结构流动模拟,体力格式边界条件和压力边界处理方法是等效的,两者都能精确地捕捉流体流动特点; 而对于非周期性不规则结构,两种边界处理方法并不等价,体力格式边界条件只适用于周期性结构;由于广义化周期性边界条件忽略了垂直主流方向上流体与固体格点的碰撞作用,同样不适合处理不规则模型;体力-压力混合式边界格式能够用来模拟周期性或非周期性结构流体流动,在模拟多孔介质流体惯性流时,比压力边界条件有更大的应用优势,可以获得更大的雷诺数且能保证计算的准确性.      

泥岩三轴蠕变实验研究

采用MTS伺服刚性压力实验机对高家梁煤矿泥岩进行了三轴蠕变实验研究,获得了泥岩在不同应力条件下的蠕变变形规律。实验表明围压对泥岩微观缺陷的发展有一定的限制作用。随着围压的增加,泥岩的三轴抗压强度和弹性模量均有所增加。在围压一定时:衰减蠕变量随轴压的增大而增大;衰减蠕变率随偏应力的增加而增大;稳态蠕变率随偏应力的增大而增大。在偏应力一定时,稳态蠕变率随围压的增大而减小。当围压大于4MPa后,围压的限制作用将明显减小。随着围压继续增大,稳态蠕变率变化并不明显。根据获得的实验数据,用回归法求出了H-K模型蠕变方程的参数。结果表明H-K模型能较好地模拟实验结果。在实际工程中可通过支护增加围压以提高围岩屈服强度,也可根据实际工程中泥岩蠕变的变化趋势确定合理的二次支护时间,避免流变破坏的发生。     

高温环境下纤维复合材料蠕变损伤的细观机理研究

首先利用复合材料纤维断裂单胞模型，编制蠕变损伤子程序，对单胞模型进行蠕变损伤分析。分析了纤维／基体弹性模量比对蠕变变形、蠕变损伤以及应力场的影响。从计算结果发现，蠕变损伤首先在纤维断裂尖端起始，然后沿着一定的角度向基体外围延伸，直至完全损伤，而且纤维／基体模量比对高温环境下的复合材料蠕变损伤产生很大的影响；纤维与基体的模量相差越大，复合材料越容易变形，抵抗蠕变变形的能力就越小，蠕变损伤越严重。经过对不同韧性的基体材料进行研究，发现基体韧性低的复合材料蠕变损伤明显高于高韧性基体复合材料，表明低韧性基体复合材料抵抗蠕变破坏的能力较低。     

Transient and steady-state nanoindentation creep of polymeric materials

The transient and steady-state nanoindentation creep of polymeric materials was investigated. The creep model is used to explain the experimental data of transient and steady-state creep dominated by viscoelastic deformation and power-law creep deformation, respectively. The Burgers viscoelastic model was used to interpret the transient creep in polymers under nano-indentation. Explicit expression for the displacement of transient creep was derived using the correspondence principle of linear viscoelasticity theory. The power law of strain rate-stress relation was used to explain the creep displacement during the steady state. Three polymers of poly(methyl methacrylate), hydroxyethyl methacrylate copolymer, and the fast-cure acrylic resin were used to measure the nanoindentation creep. The transient creep data are in good agreement with the predictions from the Burgers viscoelastic model. The creep displacement is mainly attributed to the viscous flow of the Kelvin element, and the computed values of viscosities (η_1,c, η_2,c) increase with decreasing preloading rate. By comparing the steady-state creep data with the power law of strain rate-stress relation, the stress exponents for the above polymeric materials were quantitatively determined.     

砂岩短时单轴直接拉伸蠕变特性试验研究

采用自行设计加工的挂重型岩石材料直接拉伸装置,对重庆市某地红砂岩进行了短时分级加载单轴直接拉伸蠕变试验,并对该砂岩的蠕变特性进行了分析。结果表明,砂岩在该试验条件下具有明显的蠕变特性,其蠕变表现为衰减蠕变和稳态蠕变两个阶段,砂岩蠕变量与稳态蠕变速率随着荷载的增加而增加。应用三参量广义Kelvin模型与Burgers蠕变模型描述该砂岩的蠕变规律,结果表明,两个模型均可以准确描述该砂岩的蠕变特性,其中,Burgers蠕变模型效果更佳。本文所得结论可为从事相关研究的工作人员提供一定的借鉴。     

含与不含晶界空穴的双晶体蠕变行为研究

基于晶体滑移理论,建立了各向异性镍基合金双晶体的蠕变本构模型和蠕变寿命预测模型,通过MARC用户子程序CRPLAW将上述本构模型进行了有限元实现,并对双晶体蠕变行为进行了计算分析,考虑了:(1)晶体取向的影响;(2)垂直、倾斜和平行于外载方向的三种位向晶界情况;(3)晶界处引进空间空穴的影响。结果表明,双晶体上特别是微空穴和晶界附近区域的蠕变应力应变呈现不同的变化规律,对此晶粒晶体取向和晶界位向有较大的影响;微空穴的存在削弱了双晶体的承载能力,显著地影响了双晶体蠕变持久寿命;相同条件下,垂直晶界对双晶体模型的蠕变损伤影响最为强烈,倾斜晶界次之,平行晶界最小;微空穴的生长与晶界位向和晶体取向有强烈的依赖关系,其中垂直晶界更有利于晶体滑移和微空穴生长。     

磁流体流动控制中的磁场配置效率研究

采用数值模拟方法研究了不同磁场空间构型对弹道式再入飞行器基准外形表面热流分 布的影响. 计算模型为低磁雷诺数近似下的磁流体力学模型. 数值模拟结果表明两个大小相 同、方向不同的磁偶极子对表面热流密度分布的影响存在较大差异，由此指出热流控制应用 中磁场配置的效率问题. 随后的磁场详细作用机理分析表明上述差异的原因在于不同空间磁 场分布对流动能量转化机制的影响不同. 以此为基础给出了在流动的不同区域，磁场空间分 布应遵循的一般性原则.     

界面特性对短纤维金属基复合材料蠕变行为的影响

基于短纤维增强金属基复合材料(MMC)的单纤维三维模型(三相)，利用粘弹性有限元分析方法对影响金属基复合材料的蠕变行为的因素进行了较为系统的分析。研究中主要讨论了界面特性和纤维取向角对金属基复合材料的蠕变性能的影响。研究结果发现，界面特性诸如厚度、模量和应力指数都对纤维最大轴应力和稳定蠕变率产生影响：稳态蠕变率随界面模量的增大而逐渐减小，当高于基体模量时基本保持不变；纤维轴应力的变化与蠕变率正好相反。稳态蠕变率随界面厚度、应力指数的增加而增大；而轴应力则随之减小。同时不同的纤维取向也影响金属基复合材料蠕变时的轴应力分布和稳态蠕变率。     

岩石蠕变特性试验研究

针对大安山煤矿+550水平西二石门围岩蠕变变形严重的问题,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法研究岩石蠕变特性。选取泥质粉砂岩作为软岩试样,通过自制三轴蠕变仪对所取岩样进行恒围压分级增轴压的三轴压缩蠕变试验,结果表明:随应力水平的提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,稳态蠕变速率从0h-1增大到3.12e-4·h-1,瞬时应变以线性关系增加,围压9MPa条件下的起始蠕变应力阈值为6MPa,当应力水平超过岩石长期强度时出现加速蠕变。基于蠕变试验规律,考虑起始蠕变应力阈值,将一种可用阶跃函数表示的开关元件与广义K体并联,并引入损伤元件对CVISC蠕变模型进行改进。采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法计算蠕变参数并进行反演。反演结果表明理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,证明了所建模型的合理性。上述研究成果可为岩石工程的长期稳定性分析提供试验和理论依据。     

改进的非定常Bingham岩石蠕变模型及参数辨识

传统Bingham模型适用于描述蠕变的前两个阶段,为了更加准确地描述岩体蠕变的三个阶段,本文提出了一种改进的非定常Bingham蠕变模型,并推导出其蠕变本构方程．该模型在传统Bingham模型的基础上串联一个非定常黏壶元件,并考虑岩体弹性模量及原有黏壶元件蠕变参数的非定常化．基于该模型对泥岩的蠕变试验曲线进行拟合及参数辨识,结果表明该模型具有较高的拟合精度,可以准确地描述泥岩蠕变的三个阶段,并实现了在数值软件中的应用,为实际工程提供了一种简单有效的蠕变本构模型．     

岩石蠕变模型的比较和修正

对三种岩石在不同的应力下进行了蠕变实验,对蠕变实验曲线用粘弹模型进行了模型参数的反演,结果认为标准线性体、伯格斯和对数模型都是实验曲线的很好近似.为了进一步了解蠕变实验时间对模型参数的影响,研究了蠕变模型的预测功能.将实验蠕变曲线分成二部分,第一部分用于模型参数的反演,第二部分用于模型预测数据的检验.时间外延所得的模型的预测曲线都明显偏离了实测曲线,伯格斯和对数模型的预测曲线比实测曲线偏高,而标准线性体模型则偏低.根据不同时间的蠕变实验数据的比较和分析,认为实验时间对蠕变模型参数的反演有较为明显的影响,但只要对标准线性体模型作适当修正,引入与时间尺度有关的函数C(t),则该模型的预测能力就有较大的提高.