X-H (X = C, N, O, Si, P, S) 键离解能计算的密度泛函方法研究

使用了不同密度泛函方法计算X-H (X = C, N, O, Si, P, S) 键离解能，并分析不同密度泛函方法的计算精度。研究发现大多数密度泛函方法包括B3LYP, B3P86, B3PW91, G96LYP, PBE1PBE，和BH&HLYP都明显低估键离解能13-25 kJ/mol。该现象与是否使用无限基组无关，因为即使使用无限基组键离解能仍然被低估。因此密度泛函方法不适合用于键离解能的估算。其中B3P86方法的偏差最小。进一步分析表明，使用限制性开壳层计算并无任何优势，在大多数情况下非限制性开壳层计算实际上比限制性开壳层计算要好。最后，我们发现了密度泛函方法对键离解能的低估是系统的，因此建议利用校准后的UDFT/6-311++G(d, p)方法计算化学键离解能。     

电流密度对微米硅电极断裂行为的影响

高容量硅电极在脱/嵌锂过程中所发生的大体积变形、断裂行为会引起严重的力学衰减,并导致电极的电化学性能退化.这严重制约着硅电极材料在商业锂离子电池中的应用.目前,硅电极断裂行为的一些细节还未被彻底研究清楚.为了进一步研究微米硅电极的断裂行为,本文利用光学显微镜观测了单晶硅电极的形貌演化,分析了不同电流密度下硅电极的断裂行为,并重点研究了在不同电流密度下裂纹形成时硅电极的相对嵌锂深度.结果表明,电流密度越大,硅电极断裂越严重.但是在三种不同电流密度下,裂纹形成时硅电极相对嵌锂深度差异不大(18%—22%).这可能是由于微米硅电极各向异性变形所引起的局部应力集中在主导着断裂行为.这些实验结果与有限元模型预测结果一致.结合裂纹形成时锂化硅和晶体硅的界面位置以及力学模型,讨论了裂纹形成时锂化硅层内部应力分布状态.这些结果深化了对硅电极断裂行为的认识,并为硅电极的设计和合适的脱/嵌锂速率选择提供一定的指导.     

高温和饱水条件下砂岩的抗剪强度与Ⅱ型断裂韧度的相关性

岩石的抗剪强度与断裂韧度会明显受到温度及湿度变化的影响,由于剪切破环和Ⅱ型断裂破环都与剪切相关,因此二者可能具有一定的相关性.基于此,对无处理、100℃加热、200℃加热以及饱水状态下的砂岩试样进行了直剪实验和巴西圆盘断裂实验,测定了在不同处理条件下试件的抗剪强度参数和Ⅱ型断裂韧度,并对二者的相关性进行了讨论.实验结果...     

爆炸和冲击载荷下金属材料及结构的动态失效仿真

通过数值模拟研究爆炸冲击载荷下金属材料和结构的动态失效规律,对表征爆炸冲击毁伤效应及设计新型抗冲击结构有重要意义.强动载下金属材料失效涉及材料大变形、热力耦合、材料状态变化等多个复杂物理过程,给数值仿真带来了极大挑战,其中包括裂纹、剪切带等复杂失效模式的几何描述、动态失效准则的确定、塑性与损伤耦合演化的描述等问题.针对这些挑战性问题,基于能量变分建立描述金属动态失效过程的热弹塑性相场理论和计算模型,实现了断裂与剪切带失效模式的统一描述,并提出了其显式有限元高效求解策略.进一步将该模型应用于爆炸冲击载荷下金属脆韧失效模式转变、绝热剪切带(ASBs)自组织及冲击波作用下薄壁圆盘失效形式转变三个典型金属动态失效问题,验证了理论模型的准确性及计算模型的稳健性.该工作为后续开展基于仿真的爆炸冲击毁伤评估及防护结构设计研究奠定了基础.     

岩石、混凝土类材料断裂破坏有限元数值模拟中的有效方法

岩石、混凝土类材料断裂破坏有限元数值模拟中的网格重划,依据单元畸变和裂缝介质间的单元干涉作为网格重划判据,采用几何体重构技术把几何实体分解成能在ANSYS上实现六面体网格划分的几个部分,利用体积判断法确定新结点在旧单元的单元编号,在场量传递上采用基于解析性质的等参有限元逆变换,把旧网格场量信息传递到新网格中。本文对ANSYS进行二次开发,实现了三维网格重划,网格重划采用单元畸变和界面干涉两个判据,在网格再划分前进行几何体重构,提取变形后的点线面信息重新生成实体,充分利用AN-SYS的函数和体积判断法找到新结点在旧网格中的位置,在新旧网格间的场量传递中采用基于解析逆等参单元法。在平台上实现了三维有限元网格重划技术,最后利用方料的单轴压缩断裂模拟计算检验了传递前后等效塑性应变分布用载荷信息的变化,证明了所开发系统的正确性。     

变质砂板岩Ⅰ型断裂韧度各向异性初探

Ⅰ型断裂韧度是岩石的主要特征力学参数,且影响因素很多。目前,国内可查的细观层理对岩石Ⅰ型断裂韧度影响的相关研究较少。试验利用隧道开挖中的变质砂板岩,测试了横向、纵向和无细观层理砂板岩纵波波速,并采用三点弯曲圆梁方法研究了相应砂板岩试件的Ⅰ型断裂力学性质。试验表明KIC、断裂破坏挠度、细观层理和纵波波速间存在相关关系,根据试验成果提出各向异性系数Y的概念,利用各向异性系数Y计算的K’IC值与实测的相应试件KIC符合较好。     

磁电复合材料的力学实验与理论研究进展

磁电复合材料同时具备铁磁、铁电性,并且具有磁电耦合效应,在新型磁电器件、自旋电子器件、高性能信息存储等领域有着广泛的应用前景,已成为目前功能材料领域新的研究热点.论文对磁电复合材料在力电磁多场耦合下的力学行为研究的最新进展进行总结和回顾.着重介绍磁电复合材料的磁电耦合效应实验以及多场耦合微纳米力学实验仪器的研制和表征方法.同时,也阐述了磁电复合材料在多场耦合本构理论、失效断裂理论以及多尺度计算方面的研究进展.最后,总结已有研究存在的不足,就目前有待解决科学问题的进一步研究提出建议.     

切向气流和激光作用下碳纤维/环氧材料的损伤特性

无气流和切向气流马赫数分别为0.50,0.85条件下,开展了碳纤维/环氧材料激光辐照损伤特性研究实验,对碳纤维、环氧树脂和复合材料热失重曲线、温度历史曲线以及实验后复合材料损伤形进行分析,结果表明：由于切向气流阻止材料燃烧且对材料表面起冷却作用,无气流条件下材料的热损伤区域远大于激光辐照区域,与切向气流条件相比,材料后表面温升时间长、温升幅值高;在切向气流环境下,由于气流作用使得材料的损伤包括烧蚀损伤和断裂损伤;从损伤形貌和后表面温度历史、温升速率比较来看,在切向气流马赫数为0.50~0.85的速度范围内,碳纤维/环氧材料在切向气流和连续激光（102 W/cm2量级）联合作用下的损伤差异不明显。     

C40自密实混凝土Ⅱ型断裂韧度的确定

自密实混凝土的Ⅱ型断裂韧度是个很重要的材料参数,而对其Ⅱ型断裂的研究,有助于我们建立复杂裂缝扩展准则并且探索构件断裂失效.为了解自密实混凝土Ⅱ型断裂破坏过程并确定其Ⅱ型断裂韧度,本文制备了7组21个不同缝高比以及不同切口方式的试件,利用半对称加载方式对自密实混凝土做了Ⅱ型断裂实验,并利用ABAQUS有限元建模,模拟计算...     

多级质谱法测定Axinastatin 1环肽序列及其断裂机理研究

对具有抗癌活性的海洋环肽Axinastatin 1进行化学合成. 采用多级质谱法对合成环肽进行序列测定. 线性前体测序依据b_x－y_z断裂路径, 在同一张MS²谱中利用b和y离子所提供序列信息的互补来实现. 环肽测序依据b_x→b_x－1断裂路径, 每一级MS由b离子的C端碰撞掉一个氨基酸残基直到MS⁶, 得到2套b离子, 根据它们所提供序列信息的互补可准确测定环肽序列并推断其环结构, 同时观察到b离子重排现象. 讨论了上述断裂与重排的路径和机理, 并利用半经验量子化学PM3和AM1两种算法计算了碎片的生成焓, 验证了路径的合理性. 由离子b_5PN的生成焓偏高和其重排间的联系尝试提出过渡结构假设.