异形复层结构TiO2纳米棒薄膜的水热合成及性能

本文采用水热反应法,通过改变合成条件,经XRD和FESEM表征,证实合成了四方金红石相异形复层(阵列-团簇)结构的TiO2薄膜。合成薄膜的下层是TiO2的阵列,上层是团簇状的TiO2,并且构成阵列和团簇的每个方柱又由多根纳米棒(25~65 nm)组成。上层团簇的生成量和厚度可以通过改变反应物的初始浓度、反应时间和生长基片的角度进行调控。将这种异形复层结构薄膜试用于染料敏化太阳能电池(DSSC)光阳极,发现其光电转化效率比单层阵列TiO2薄膜提高了2.6倍。由此表明TiO2这种以纳米棒为单元结构的异形复层薄膜,上层团簇结构有利于产生采光作用以及吸附微粒的作用,下层阵列结构有利于载流子的定向快速传输,其复合结构的形成,致使光电转换效果明显提高。     

水力喷砂射孔机理及力学特性分析

通过分析水力喷砂射孔机理,建立了磨料射流形成过程的动力学模型,推导出了液相的加速表达式以及磨料颗粒在喷嘴内的运动方程;基于塑性材料破坏的第四强度理论和岩石破坏的库伦-摩尔准则,建立了球形磨料颗粒对套管、岩石打击过程的力学模型,推导出了磨料颗粒的极限速度表达式;借助MATLAB软件,使用迭代法对上述力学模型进行了计算验证。研究结果表明:在喷嘴结构参数和颗粒直径不变时,液相速度越大、加速度越大,则磨料颗粒的加速也会越快;而磨料颗粒对材料的冲击作用力不仅与靶件本身的性能参数有关,还与颗粒的冲击速度和密度呈正相关。     

顶驱中心管螺纹的力学性能研究

顶驱中心管螺纹连接可靠性直接决定了钻井作业的效率,为降低事故发生率,有必要对中心管螺纹的力学性能和连接强度进行研究。基于弹塑性力学理论、虚功原理、Von Mises屈服准则、中心管材料本构模型试验研究结果,建立了二维轴对称有限元模型,获得了中心管螺纹接头的应力分布规律,通过钻具接头胀扣试验验证了有限元分析结果的可靠性。结合现场失效的管螺纹,分析了在紧扣圈数、轴向载荷工况下的应力分布以及管体变形情况。结果表明,过大的预紧载荷和轴向拉力易引起螺纹牙粘扣和管体剧烈变形。在此基础上对不同预紧状态和摩擦系数下的接头进行了分析,考察其在复合载荷作用时对应力分布的影响规律,得出其对牙体断裂风险、滑脱失效及抗粘扣性能等具有极大的影响。     

跨断层埋地油气管道屈曲行为研究

为研究断层作用下埋地管道失效模式,建立了管土耦合三维数值计算模型,分析了不同地层位错量下无压和压力管道的力学行为及失效模式。结果表明:断层运动下埋地管道发生弯曲变形,并非完全与围土接触,整个管段摩擦力并非均匀分布;随着位错量增大,管道变形曲线由S形变为Z形,同时管道轴向应力逐渐增大;当位错量大于4D时,无压管道出现两处压溃,其变形过程分为弯曲状态、临界状态、压溃状态;不同内压管道呈现出不同屈曲形貌,随内压增大,管道屈曲形貌由压溃变为皱起;当内压大于0.4P_(max)时,管道屈曲部位出现一道皱起,内压越大,起皱幅度越大;压力管道变形过程可分为弯曲状态、临界状态、起皱状态。该研究结果可为跨断层埋地管道施工设计、安全评价、维修防护等提供参考和依据。     

水力振荡器振动特性对减阻规律的影响研究

为了掌握水力振荡器振动特性对减阻规律的影响,基于Lu Gre摩擦理论,建立了钻柱与井壁岩石间摩擦力的计算模型,得到了水力振荡器的单因素振动特性对钻柱与井壁间摩擦力的影响规律;利用正交试验,分析水力振荡器振动强度、振幅、振动频率综合作用下对钻柱与井壁岩石间摩擦力的影响。研究结果表明:提高水力振荡器振动强度、振幅、振动频率均能降低钻柱与井壁岩石间摩擦力,其中摩擦力随振动频率的增大呈现先增强后减弱趋势,在振动频率大于20Hz时,各振动强度对应的减阻效率有下降趋势,最佳振荡频率为22Hz;水力振荡器各振动特性对钻柱与井壁岩石间摩擦力影响显著性由大到小,依次为振动强度、振幅、振动频率。     

一种仅副台肩的新型钻井工具接头的研制与应用

针对钻具API接头和双台肩接头的外台肩外径较大,导致钻具与井眼环形空间变小,严重限制钻井专用工具和仪器开发的问题,研制了一种仅副台肩的51/2"FH新型钻具接头。该接头通过取消外台肩结构,减小接头对接部分外径,可以为专用工具和仪器的设计预留空间。基于弹塑性有限元分析和实验测试结果表明:该仅副台肩的新型钻井工具接头设计是可行和可靠的,其静态抗拉强度大于450t,抗扭强度大于60k N·m。另外,本文还给出了该接头推荐工作扭矩和极限工作扭矩。以该接头为基础研制的防磨减扭工具现场应用结果表明:该仅副台肩接头单套工具最长入井时间超过1000h,纯钻时间达到700h以上,工作最大拉力达到220t,最高扭矩45k N·m,其安全性和防磨减扭性能够满足深井、大位移井高扭矩、大摩阻工况对钻井工具高强度的要求。     

三角形加劲肋T-Stub钢节点分流系数与尺寸效应分析

本文针对T型连接件(T-stub)带三角形加劲肋与无加劲肋两种构造形式的初始抗拉刚度的相互转换问题,运用了有限元软件ABAQUS研究了150组不同截面几何参数的带三角形加劲肋与无加劲肋T-stub的初始抗拉刚度,提出了适用于求解带三角形加劲肋与无加劲肋T型连接件初始抗拉刚度转换系数的简化计算公式,即力的分流系数;重点考察了腹板横截面与加劲肋横截面面积比、加劲肋高长比和螺栓到腹板距离与加劲肋长度比对分流系数的影响,该拟合公式计算结果与有限元和文献计算结果很吻合,满足精度要求.本文还分析了三角形加劲肋高度、螺栓到腹板距离和试件翼缘尺寸的变化对带三角形加劲肋T-stub初始抗拉刚度和屈服承载力的影响.     

两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性数值研究

目前细长柔性圆柱体涡激振动响应的研究方法主要包括实验方法、计算流体动力学方法以及半经验模型方法.鉴于实验方法研究成本较高、计算流体动力学方法计算时间较长,本文基于尾流振子模型对线性剪切来流下两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了半经验模型方法研究.先建立了柔性圆柱体结构振子以及尾流振子之间的耦合模型,紧接着基于二阶精度中心差分格式对耦合模型先离散后迭代进行求解.对不同剪切参数下柔性圆柱体涡激振动响应的振动波长、振动频率、振动位移以及响应频率随时间的变化特性等参数进行了分析.分析结果表明:圆柱体的涡激振动响应由驻波和行波混合组成.当无量纲弯曲刚度较小时,在圆柱体两端附近,驻波占主导;而在圆柱体中间段附近,行波占主导.当无量纲弯曲刚度较大时,在圆柱体整个长度区间上均为驻波占主导.随着剪切参数的增大,振动位移以及振动波长均逐渐减小,而振动频率和频率带宽均逐渐增大.     

增益饱和反射型量子点半导体光放大器高通特性

反射型量子点半导体光放大器(R-QDSOA)相较于传统RSOA具有皮秒级的载流子恢复速率和几十GHz的调制带宽,将其应用在高速的波分复用无源光网络(WDM-PON)中具有巨大的潜力.根据R-QDOSA的载流子速率方程和光场传输方程,建立了R-QDSOA的仿真模型,对其在增益饱和情况下的高通特性进行研究.研究结果表明:通过增加输入光功率、最大模式增益、有源区长度和减小注入电流,可提高最大信号增益和3dB截止频率;通过合理的参数设置,R-QDSOA的3dB截止频率可高达10GHz以上.该研究在无色WDM-PON的再调制方面展现了巨大的优势,并对提高R-QDSOA调制带宽具有理论指导意义.     

识别高阶网络传播中最有影响力的节点

识别网络传播中最有影响力的节点是控制传播速度和范围的重要步骤,有助于加速有益信息扩散,抑制流行病、谣言和虚假信息的传播等.已有研究主要基于描述点对交互的低阶复杂网络.然而,现实中个体间的交互不仅发生在点对之间,也发生在3个及以上节点形成的群体中.群体交互可利用高阶网络来刻画,如单纯复形与超图.本文研究单纯复形上最有影响力的传播者识别方法.首先,提出单纯复形上易感-感染-恢复(SIR)微观马尔可夫链方程组,定量刻画单纯复形上的疾病传播动力学.接下来利用微观马尔可夫链方程组计算传播动力学中节点被感染的概率.基于网络结构与传播过程,定义节点的传播中心性,用于排序节点传播影响力.在两类合成单纯复形与4个真实单纯复形上的仿真结果表明,相比于现有高阶网络中心性和复杂网络中最优的中心性指标,本文提出的传播中心性能更准确地识别高阶网络中最有影响力的传播者.