不同尺度分布散粒材料砂堆形成过程的二维离散元模拟

用作者开发的离散元程序,模拟不同尺寸分布的砂堆形成过程.把散体颗粒简化为圆形颗粒,模拟过程分三步:首先利用参考网格生成颗粒的松散堆积结构;为了避免颗粒下落的冲击作用对砂堆安息角的影响,先模拟颗粒在重力作用下在圆柱容器内的自由下落与堆积,直至堆积达到稳定;最后,移除容器,只保留一个底部边界,模拟颗粒体系的散落过程,直至形成一个稳定的砂堆.模拟结果表明,在其他参数保持相同的情况下,随着颗粒尺寸的减小,砂堆的安患角逐步减小并趋向于一常值.对模拟中的两组颗粒体系进行相同条件下的砂堆形成实验,结果表明,模拟与实验所得安息角大体相当.     

岩石流变分数阶模型研究

以Kelvin流变模型为研究对象,提出了一种分数阶Kelvin流变模型。首先,把Kelvin模型中的整数阶导数改为分数阶导数,考虑到岩石材料的频率通常不超过1000 Hz,在分数阶拟合时,拟合频段选取为[0 1000],进而利用Oustalop滤波算法把分数阶表示为整数阶模式;其次,利用试验数据对分数阶模型进行参数识别,考虑到分数阶Kelvin模型具有强非线性的特点,引入了Levenberg-Marquardt优化算法来确定未知参数;最后,对于频域表示的流变方程,利用Laplace逆变换获得流变精确表达式。仿真实例表明本文方法可以很好地反映岩石流变特性。     

荧光光谱结合校正算法测定混合色素溶液中各组分的浓度

应用英国Edinburgh公司生产的FLS920P荧光光谱仪实验测定了诱惑红、日落黄和亮蓝三种合成食品色素混合溶液的三维荧光光谱,将荧光光谱数据应用化学计量学中的平行因子分析(PARAFAC)和交替三线性分解(ATLD)二阶校正算法进行计算处理,对混合合成食品色素溶液中各组分进行了定性和定量检测。应用核一致诊断法,确定主成分数为3。PARAFAC算法解析后的回收率分别为98.75%±8.9%,97.22%±2.9%和99.00%±2.9%,ATLD算法解析后的回收率分别为99.78%±5.9%,92.52%±5.5%和97.23%±5.8%。结果表明,两种方法都可以用于三个组分的直接快速测定,PARAFAC算法更稳定,更具优势。     

DYNAMIC ANALYSIS OF BOUNDED DOMAINS BY SBFE AND THE IMPROVED CONTINUED-FRACTION EXPANSION

基于比例边界有限元理论框架,通过采用连分式展开和引入辅助变量,将有限域的动力刚度矩阵和质量矩阵采用高阶的矩阵表示. 采用改进的连分式法求解比例边界有限元方程中的动力刚度矩阵. 通过增加连分式展开的阶数,该求解方法能包含动力分析的主要频率范围. 针对结构自由度较多的系统当连分式阶数逐渐增大时,原连分式算法可能会造成矩阵运算病态的问题,提出采用改进的连分式算法能有效地提高数值计算稳定性.通过对一正八边形的自由振动分析及矩形平面的时域分析,算例结果表明改进算法的鲁棒性更强,适合大规模系统的动力分析.     

基于小扰动理论的微弯河岸沿线扰动压力分布

为揭示微弯河岸沿线的扰动压力分布规律及主要影响因素,以水流运动的二维浅水方程为基础,运用小扰动理论对基本方程及边界条件进行线性化处理,推导正弦型微弯河岸缓流情况下的扰动压力分布公式,并进行影响因素的敏感性分析. 压力分布的解析解与影响因素的敏感性分析表明,在缓流条件下,正弦型微弯河岸的扰动压力分布呈正弦曲线变化,扰动压力的峰值和谷值分别出现在凹岸和凸岸的最大曲率位置,弯曲河岸的振幅与波长比a/λ是影响其沿线压力分布的主要因素. 研究成果可用于估算河流地表水与河岸地下水交换的边界条件,将有利于河岸侧向潜流交换机理及河岸带相关研究的进一步开展.     

内掺Sc原子的扩展三明治结构graphene-Sc-graphene的几何结构,电子性质和储氢性能研究

使用密度泛函理论中的广义梯度近似对内掺Sc原子的graphene-Sc-graphene扩展三明治结构的几何结构、电子结构和储氢性能进行计算研究. 计算发现: Sc原子位于单层石墨烯中六元环上方的结构具有较大的结合能, 但小于固体Sc的内聚能实验值(3.90 eV), 然而, 当单个Sc原子或者多个Sc原子在双层石墨烯中间与底层相距2 Å时, Sc原子与基底的结合能增加到5 eV以上, 远远大于固体Sc的内聚能实验值(3.90 eV), 因此相邻的Sc原子可以有效避免成簇. 由此可见, 三明治结构的形成明显增加了Sc原子与基底的结合强度, 该结构可以进一步储氢来满足18电子规则而更加稳定, 从而成为理想的新型储氢纳米材料. 扩展三明治结构graphene-Sc-graphene的(2×3)单元中每个Sc原子最多可以吸附2个H₂分子, 对H₂的平均吸附能分别为0.67 eV和0.54 eV, 介于物理吸附和化学吸附(0.1～0.8 eV)之间, 因此该体系可以实现常温常压下对H₂的可逆吸附. 由储氢机制分析可知: 扩展三明治结构graphene-Sc-graphene主要通过Dewar-Kubas作用进行储氢, 形成了π-δ-π型的电子结构.     

胭脂红分子结构的量子化学计算及荧光光谱机理研究

运用Gaussian 09W量子化学程序包,对胭脂红分子进行基态和激发态几何结构构型优化,计算得到激发态电子结构、分子前线轨道和发射光谱等信息;应用英国Edinburgh FLS920P 光谱仪,实验测定胭脂红溶液的荧光光谱。比较荧光发射光谱的计算值与实验值,吻合较好,说明优化所得构型基本合理。进一步对比胭脂红分子基态和激发态结构,分析荧光光谱产生的机理,发现胭脂红分子激发态几乎呈平面结构,为强荧光物质,其荧光由139→137轨道的跃迁产生。     

考虑流固耦合效应的重力坝水力劈裂模拟

裂缝的高压水力劈裂是混凝土高坝安全评估的重要部分,研究其过程中的流固耦合作用是准确预测在各种情况下裂纹扩展路径和危险程度的关键.该文利用扩展有限元法在模拟裂纹扩展方面的优势,对大坝的裂纹进行水力劈裂模拟研究.裂纹中的水压分布模型采用Brühwiler和Saouma水力劈裂试验的成果,体现了水压和裂纹宽度的耦合关系,给出了扩展有限元在裂纹面上施加水压力荷载的实施方法,对一典型重力坝裂纹的水力劈裂进行了数值模拟分析.研究结果表明:采用扩展有限元法模拟水力劈裂,克服了常规有限元法存在的缺点,裂纹扩展时不用重新划分网格,裂纹的实时宽度可以由加强节点的附加自由度得到,裂纹面上水压的施加也变得简单易行.当考虑裂纹内的流固耦合效应时,裂纹的扩展路径相比不考虑耦合效应时的扩展路径(均布全水头水压),扩展角变大,扩展距离变短.     

纳米二氧化钛/碳纳米管复合催化剂光催化性能及碳纳米管组分的作用

运用溶胶-凝胶及低温水热法合成纳米TiO₂/碳纳米管复合催化剂, 以甲基橙为目标降解物考察复合物的光催化活性. 运用X光衍射、透射电镜、Brunauer-Emmett-Teller低温氮气吸附、差热-热重分析及紫外-可见漫反射吸收光谱等表征催化剂. 结果表明, 与单纯纳米TiO₂相比, 溶胶-凝胶法制备的复合催化剂的光催化活性显著提高, 实验条件下复合的碳纳米管最适含量为3%(碳纳米管/TiO₂, 重量百分比), 复合催化剂经在缓和氧化气氛中焙烧处理可在保持碳纳米管热稳定前提下获得纳米TiO₂的充分晶化. 观察到了低温水热合成的复合催化剂的甲基橙降解活性的进一步提升, 复合催化剂中纳米TiO₂在碳纳米管表面分散均匀, TiO₂和碳纳米管组分间的紧密和充分键合及低温水热条件下催化剂的大比表面积、超细粒径以及碳纳米管的热稳定等有利于复合催化剂的光催化活性. 进一步地, 探讨了复合催化剂中适量碳纳米管组分的光活性促活机制.     

低含水率砂土和饱和砂土场地爆炸成坑特性实验

爆坑是土中爆炸荷载作用下的主要响应形式,基于大型爆炸实验场地,开展了一系列低含水率砂土和饱和砂土中的爆炸成坑现场实验,研究了药量、埋深及含水率等因素对土中爆坑效应的影响。研究结果显示:根据药包的比例埋深,低含水率砂土场地的最终爆坑形态可以分为隐爆、塌陷型漏斗坑和抛掷型爆坑3类,发生封闭爆炸的临界比例埋深为2.3 m/kg1/3;形成抛掷型爆坑的条件为比例埋深小于1.5 m/kg1/3;当比例埋深为1.5~2.3 m/kg1/3时,形成塌陷型漏斗坑。土中孔隙水压力的增大导致坑壁周围土体发生了液化流动、坍塌,最终造成爆坑横向尺寸的扩大。相同爆源条件下,饱和砂土场地形成的坑面直径比低含水率砂土场地提高了25%~35%,饱和砂土场地发生封闭爆炸的极限比例埋深可达2.5 m/kg1/3。