一类多孔固体的等效偶应力动力学梁模型

一维多孔固体结构可采用等效连续介质梁模型来研究其动力学行为. 当类梁结构的高度尺寸和多孔固体单胞结构尺寸相近时,等效模型的力学行为会产生尺寸效应现象. 等效经典模型由于不包含尺度参数而无法描述尺寸相关特点,而广义连续介质力学模型则可以准确地考虑尺寸效应的影响. 基于偶应力理论,对一类单胞含有圆形孔洞的周期性多孔固体类梁结构,给出了分析其横向自由振动的等效连续介质铁木辛柯梁模型. 通过对单胞分析,在应变能等价和几何平均的意义下,定义了等效偶应力介质的材料常数. 利用已有的材料常数,推导了等效铁木辛柯梁的动力学微分方程. 将实际多孔固体结构进行完全的动力学有限元离散计算,所获得的解作为精确解以检验等效梁模型所获得的频率和振型的精度. 振型的比较借助于模态置信准则矩阵方法. 大量算例表明,等效偶应力铁木辛柯梁模型在频率和振型两方面均具有较高的计算精度. 重点研究了单胞孔径的相对大小、类梁结构高度与单胞尺寸比以及类梁结构长高比对等效梁模型精度的影响. 在此基础上,偏保守地建议了多孔固体类梁结构自振分析方法.      

幂律流体在多孔介质中径向渗流的分形模型

基于分形理论及毛细管模型,本文研究了非牛顿幂律流体在各向同性多孔介质中径向流动问题,推导了幂律流体径向有效渗透率的分形解析表达式．研究结果表明,幂律流体径向有效无量纲渗透率模型和Chang and Yortsos’s模型吻合很好;同时还得出幂律流体径向有效渗透率随孔隙率、幂指数的增加而增加,随迂曲度分形维数的增加而减少．     

一种骨小管中液体流动产生的流量及切应力模型

骨组织受力变形后其内部液体就会流动,同时在其微观结构——骨单元壁中扩散,并进一步产生一系列与骨液流动相关的物理效应,如流体剪切应力、流动电位等,这些物理效应被细胞感知并做出破骨或成骨等反应,来使骨适应外部载荷环境.鉴于骨组织产生的内部液体流动很难实验测定,理论模拟是目前的主要研究手段.基于骨单元的多孔弹性性质建立了骨小管内部液体的流动模型,该模型将骨单元所受的外部载荷与骨小管内部液体的压力、流速、流量和切应力联系起来,并进一步可以研究其力传导与力电传导机制.骨小管模型的建立分别基于中空和考虑哈弗液体的骨单元模型,并考虑了骨单元外壁的弹性约束和刚性位移约束两种边界条件.最终得到骨单元在外部轴向载荷作用下,骨小管内部液体的流量及流体切应力的解析解.结果表明:骨小管中的液体流量与流体切应力都正比于应变载荷幅值和频率,并由载荷的应变率决定.因此应变率可以作为控制流量和流体切应力的一种生理载荷因素.流量随着骨小管半径的增大而非线性增大,而流体切应力则随着骨小管半径的增大而线性增大.此外,在相同的载荷下,含哈弗液体的骨单元的模型中,骨小管中液体的流量和切应力均大于中空骨单元模型.     

MoS2/SiCH固液复合润滑体系摩擦学性能研究

本文中通过考察MoS_2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能,探究了该复合润滑体系的摩擦磨损机理.研究表明射频溅射MoS_2薄膜表面所固有的柱状晶体结构具有明显的润滑油吸附功能,提高了MoS_2薄膜/SiCH固液复合润滑体系的真空摩擦学性能.球盘摩擦试验结果表明:当仅对钢盘表面沉积MoS_2薄膜时,该固液复合润滑体系的滑动摩擦寿命达到1.86×106 r,为采用SiCH油润滑时摩擦寿命的1.2倍,是MoS_2薄膜固体润滑状态的4倍,表现出了良好的协同润滑效应.     

Si基双环级联光学谐振腔应变检测研究

绝缘衬底上的硅材料制备的光学微环谐振腔结构具有高灵敏度、结构尺寸小和极低模式体积等特性,被广泛应用到光信息传递、惯性导航领域,但极少被应用到力学信号的测试,为此,研究了一种基于硅基光学微环谐振腔结构的悬臂梁式应力/应变敏感计,利用微环谐振腔环形波导径向形变量作为感应应力的中间物理量,在外界应力作用下,环形波导的半径将发生改变,使结构的光学谐振参数产生变化,从而使光学微环谐振腔谐振谱线发生明显红移,体现出良好的应力/应变敏感特性;通过设计双环级联光学微腔,并采用MEMS光刻、ICP腐蚀工艺制备了嵌入式光学微腔应变计结构,结合理论计算了悬臂梁结构的应力应变敏感特性,经仿真及实验得到,应变计结构的应力/应变灵敏度分别为0.185 pm·kPa-1,18.04 pm·microstrain-1,与单环微腔结构相比,线性量程增加了近50.3%,应力灵敏度提高了近10.6%,初步验证了嵌入式光学微腔结构进行高灵敏度应力/应变检测的可行性,有望实现新型光学力敏传感器件的微型化、集成化。     

一种基于热释电效应的X射线荧光分析谱仪

利用热释电晶体实现了一个X射线激发源,并以此激发源和高能量分辨率的硅漂移探测器构建了一个X射线荧光分析谱仪。首先通过分析计算热释电晶体厚度和靶厚度对产生X射线的影响选定了激发源的设计参数;然后测量了激发源发射的X射线本底,其能量范围在1～27 keV,包含有Cu和Ta的特征X射线,最大强度在每秒3 000个计数以上,对本底的测量同时显示出谱仪的探测器部分对Cu的8.05 keV特征峰的分辨率达到210 eV,具有很高的能量分辨率;最后使用该谱仪测试了Fe,Ti和Cr等三种单质样品和高钛玄武岩样品,测试结果表明该谱仪可以有效的分析出样品的元素成分。由于这种X射线荧光分析谱仪的各组成部分体积都很小,进一步便携化后非常适合于非破坏、现场和快速的元素分析场合。     

β-TCP/HAP多孔生物陶瓷的制备

以牛松质骨为原料,采用低温煅烧工艺,通过调整浸泡溶液浓度及煅烧温度等工艺参数,制备出具有良好生物活性,并保持天然骨多孔结构的β-TCP/HAP双相生物陶瓷。并采用XRD,SEM等手段对其成分、微观结构进行表征。结果表明:所制备的β-TCP/HAP多孔生物陶瓷的大孔孔径在300~500μm之间,微孔孔径在1~5μm之间,具有良好的生物活性和生物可降解性。通过控制煅烧温度和浸泡溶液浓度,制备出含较高TCP的β-TCP/HAP多孔生物陶瓷,而煅烧温度或浸泡溶液浓度过高会导致制备的样品中TCP的含量降低,焦磷酸钙的含量增加。     

等离子体发射光谱法测定碳化硅中的游离总硅含量

针对分光光度法测定游离总硅含量受干扰因素多、测试数据不稳定的缺点,探讨了采用ICP-AES法测定碳化硅中游离总硅含量。采用行星球磨仪对碳化硅样品进行研磨,以硝酸钠、硝酸、氢氟酸作溶剂,采用微波消解法处理样品。选择212．412nm特征谱线并以其强度U）与对应的硅浓度（c）建立校准曲线,硅的质量浓度在10-100μg／mL范围内与特征谱线强度呈良好的线性关系,线性方程为I=233．76c＋86．94,线性相关系数间．997,检出限为0．027μg／mL。测定结果的相对标准偏差为1．35％～2．79%（n=6）。加标回收率为97．6％～108．0％。该法测定碳化硅中游离总硅含量是可行的。     

水对锂交换低硅铝比八面沸石吸附性能的影响

研究了变压吸附空气分离制氧吸附剂——锂交换低硅铝比八面沸石LiLSX中残留水及从外部引入的水对吸附性能的影响.研究表明，在水合LiLSX经脱附后，当残留的水分子数目为0～32（个分子/晶胞）时， N2或O2的吸附量下降显著.原因是N2和O2的吸附主要依赖于处在SIII位置的32个锂离子.当水分子与SIII位置的Li＋结合时，就会阻碍N2或O2的吸附.而从外部引入的水分子与脱附残留的水分子相比，在相同水含量时对吸附量的影响较小，这是由于吸附位置的不均匀性以及水分子在沸石中的扩散行为所引起.在水扩散进入LiLSX内部的过程中，一部分水分子可以吸附在能量较低的位置上而不是吸附到最强的SIII位置上.     

CuSAPO-5分子筛的合成、表征及对甲苯吸附性能

采用水热合成法,以三乙烯四胺(TETA)为模板剂,合成Cu SAPO-5分子筛。通过扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重(TG)、N2吸附及元素分析等手段对分子筛样品进行表征,考察了不同硅铝比对合成分子筛晶体的影响,并测定了分子筛样品对甲苯的吸附性能。结果表明,将合成液的p H值调节为4.8~5.0,于150~170℃晶化1d,可合成晶体形貌为球体的Cu SAPO-5分子筛,粒径约为30μm。分子筛样品具有较好的热稳定性,仍保持了SAPO-5分子筛的AFI骨架结构,属于微孔分子筛,孔径约为0.70nm,比表面积约为265 m2·g-1。元素分析结果表明分子筛中P、Si、Al和Cu的含量分别为12.56%、4.48%、7.17%和6.25%。样品对甲苯的吸附约在120 min时达到饱和,吸附量约为180 mg·g-1。