有限元计算中疏密网格过渡方法研究

工程计算中出于节省计算量的目的,往往需要在一个有限元模型中布置粗细不同的网格。为保证计算结果的准确性,必须保证网格突变情况下的位移协调问题。本文工作之一是在强天驰界面过渡单元的基础上,引入虚拟节点和子单元,在子单元中应用节理元思想,提出了基于最小势能原理的弹簧节理单元法。简化了积分运算,避免了精度要求极高的坐标转换,从而提高了方法的精度和实用性;二是提出了基于位移约束的主从自由度法,简便实用,只需简单的矩阵运算即可实现。两种方法均实现了不同尺寸网格间位移的协调性和刚度的匹配,从而使之满足有限元收敛准则,且生成的刚度阵具有对称性及带状性。算例证明两种方法精度良好,并可方便地应用于求解大规模工程问题。     

杂交梁界面剪应力的理论分析和数值模拟

采用解析和数值方法研究FRP-混凝土杂交梁的界面应力问题。提出了杂交梁的新的力学模型和假设,克服了以往的分析模型中界面应力表达式非常复杂和界面应力的解析解与数值解相差较大的缺点,本文得到的FRP板加固梁的界面剪应力表达式与数值结果符合很好,并且具有简捷的表达式。利用有限元法研究了杂交梁各物理参数对界面剪应力的影响。研究表明,界面剪应力在FRP板的端部存在应力集中或应力奇性,这是造成杂交梁界面破坏的主要原因。这项研究对进行杂交结构的工程设计具有理论指导和参考价值。     

科学家发现金属材料自我修复机制

自然界中的生物体和具有记忆功能的有机材料等,在遭受损伤时具有自我康复的功能。麻省理工学院的研究人员在一项金属特性实验中意外发现受损的金属也具有自我修复的功能。金属合金分子结构电脑模拟显示,微晶粒之间的边界会在压力下出现裂痕。大多数金属都是由细微的晶粒构成,这些晶粒的大小和方向能够影响金属的强度和特性。但在某些条件下,压力可以让这种晶粒的微观结构发生改变:使晶界(晶粒边界)发生移动,而晶界移动则是修复"创伤"的关键。     

LaAlO_3/SrTiO_3界面增强光伏效应

探索LaAlO_3/SrTiO_3(LAO/STO)界面产生的新奇物理特性对理解关联电子系统中多自由度耦合和设计功能材料器件具有重要的价值.本文通过脉冲激光沉积方法在SrTiO_3基底上制备了LAO/STO薄膜,研究了正面照射LAO/STO膜面和侧面照射LAO/STO界面时的光伏效应,探讨了LAO/STO界面对光伏效应的影响.研究结果表明,在同样光照能量下侧面照射LAO/STO界面产生的光电压远高于正面照射LAO/STO膜面产生的光电压,说明LAO/STO界面对光伏效应有明显的增强作用.通过偏压调控可以进一步增强照射LAO/STO界面产生的光电压,当偏压为60 V时, LAO/STO样品的位置探测灵敏度达到了36.8 mV/mm.这些研究结果为设计场调控位置敏感探测器等新型光电子器件提供了新的思路.     

不同管径的Y形微燃烧器内氢气-空气非预混燃烧的火焰传播特性

实验研究了内径分别为1 mm、2 mm和3 mm,水平通道长度为200 mm的Y形微燃烧器内氢气/空气扩散燃烧的火焰传播特性。首先,d=2 mm的燃烧器内的火焰传播模式最为丰富。其次,当燃烧器管径较大时,火焰更容易因扰动而发出噪音。在d=2和3 mm的燃烧器内能观察到两个阶段的噪音,而当d=1 mm时只有一个阶段的噪音。d=2 mm的燃烧器内平均火焰传播速度最小。而且,随着管径的增大,边界火焰更长。值得注意的是,在d=1 mm的燃烧器内,实验观察到了移动的"火焰街"。最后,基于系统的实验观察绘制了八种火焰传播模式的分布图。总之,本文不仅揭示了火焰传播特性与运行参数和尺度效应之间的关系,而且能为Y形微燃烧器的设计和运行提供指导。     

不同翅片单元外颗粒流换热特性的数值研究

由于成本低,运行稳定,重力驱动移动床在高温固体散料余热回收领域应用潜力较大。然而,相关强化传热技术目前仍待完善。本文基于离散单元法,对颗粒流外掠翅片单元的流动换热特性进行了数值研究。研究表明:通过翅片增加换热面,可以显著提高传热量,但不同翅片单元外颗粒流传热特性不同。颗粒流与不同表面的换热,由颗粒更新、颗粒接触、颗粒竞争掺混以及表面面积共同决定。总体来说,在迎流区,倾斜平表面能扩大面积并确保颗粒更新,更有利于换热增强。而对于背流区,竞争掺混与颗粒接触的影响更大,采用圆弧表面更有优势。     

气液界面微观结构研究的一种实验新方法

许多物理、化学和生物过程发生于气液界面,且受到局域微观结构的深远影响. 不同于液体的体相,分子取向是界面处微观结构突出的不对称特征之一. 本文综述了电子碰撞时间延迟质谱方法和近期取得的进展. 利用这个崭新的方法,不仅可以侦测得到利用小角度X射线或中子散射以及振动和频光谱方法获得的界面微观结构,同时也提供了一种研究气液界面处电子驱动化学反应的实验方案.     

物点经多层平行介质界面折射成像的叠加法则及应用分析

文章采用了一种较为简便、自然的推理方法,推导出物点经平行介质界面二次折射成像的虚像点位置,发现了所谓的"物点经多层平行介质界面折射成像的叠加法则".文章对几种特殊情形下的像点坐标进行了讨论:分析和解释了游泳池中泳女的"身首分离"折射现象;分析出空气中物体经玻璃砖的成像特点,指出人们通常使用薄玻璃窗户的光学依据;对空气中的物点经折射率线性变化介质的折射成像进行了详细的研究,指出物点经折射率均匀变化介质的成像位置与经平均折射率的等厚介质,除80°～90°的大视角情形外几乎一致.文章中的推理方法和结论或可为相关内容的教学、科研提供参考.     

基于移动互联网的物理实验教学模式改革

大学物理实验在培养本科生动手能力和创新能力方面作用突出,针对当前实验教学中存在的问题,指出利用现代信息技术来改造现有实验教学的必要性,设计了基于移动互联的智能物理实验教学系统,可望实现在移动智能终端的预习、数据提交及与老师的交流,提高教学效果的同时大幅降低老师工作强度。     

含非完整界面的功能梯度压电材料Ⅲ型裂纹问题

本文研究了含非完整界面的功能梯度压电复合材料的Ⅲ型裂纹问题．此裂纹垂直于非完整界面，采用弹簧型力电耦合界面模型模拟非完整界面．界面两侧材料的性质，如弹性模量、压电常数和介电常数均假定呈指数函数形式且沿着裂纹方向变化．运用积分变换法将裂纹面条件转换为奇异积分方程，并使用Gauss-Chebyshev方法对其进行数值求解．根据算例结果讨论了一些退化问题并分析了裂纹尖端强度因子与材料的非均匀系数和非完整界面参数的关系．