液滴撞击超疏水碳纳米管阵列表面的行为研究

实验研究了不同韦伯数(We)时液滴碰撞碳纳米管阵列表面的动态过程行为,并借助改进的水平集方法对液滴碰撞过程进行了数值模拟。模拟过程中,分别引入了接触角动态变化的Kistler模型和Blake模型,并就液滴铺展因子和顶点高度等方面将模拟与实验结果进行了对比分析。结果表明:在We=1.4～110范围内液滴碰撞都经历了相似的铺展-收缩-弹跳过程,不同We时模拟和实验结果都比较接近;在液滴铺展阶段,依据Kistler模型的模拟结果与实验值更接近,而在收缩阶段,依据Blake模型的模拟结果与实验值更加吻合.综合考虑后发现Blake模型与实验值的偏差较Kistler模型在整体上更小,细节吻合较好,验证了模型的可靠性。     

纳米级石墨晶体层片力学性能的等效模型及分析

石墨晶体是由碳原子以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成共价键,在其平面内再构成网状层片结构。文中对基于原子键合力能关系的CCBE等效模型和经典的BEAM单元等效模型作了比较分析。其中CCBE包括两个节点,每个节点包含三个平移自由度。与经典BEAM单元相比,其两个节点均没有转动自由度。CCBE和BEAM单元的各个参数可以通过石墨晶体的相关实验获得。通过对石墨晶体层片的拉伸、剪切等效模型的柔度(刚度)系数计算分析,并与实验数据相对比,验证了CCBE等效建模方法的正确性和合理性。该等效建模方法为研究石墨的微观结构、性能等提供了一种有效的数值模拟方法。     

轮胎与地面接触问题的非线性有限元分析

考虑轮胎的材料非线性、几何非线性、橡胶帘线复合材料各向异性、以及橡胶材料本身的不可压缩特性等,分析了9．00R20子午线轮胎静态下与地面的接触问题,考察了不同下沉量、不同内压及静摩擦系数与因素对轮胎静态接地面内应力应变场的影响,得出了对工程设计有指导意义的结论。     

用于C-C共价键力能关系表征的等效C-C键合单元

基于Born-Oppenheimer近似的二次函数形式的势能关系,研究了C-C键沿键轴伸缩、在σ平面和π平面内旋转的力学表征.在原子的平衡位置附近和线弹性的范围内,得到了基于原子核位移表达的平衡关系.在定义一个C-C共价键上两个原子的6个位移自由度的基础上,构建了完整的等效C-C键合单元.当对构成晶形碳的C-C共价键的六环结构进行建模时,等效C-C键合单元方法能够反映出共价键中的键长、键角和键能这三大特征.通过对石墨片和C60分子振动的计算分析和实验比较,得到等效C-C键单元中的力常数,并讨论了力常数的变化状况.该文还对单壁碳纳米管的拉伸弹性模量进行了计算分析,取得较好的效果.等效C-C键合单元可以为碳材料的大规模分子力学计算提供一种实用方法.     

用于C60纳米分子振动分析的碳-碳键合单元及坐标变换

C60是一种纳米分子,具有许多非常重要的物理化学性质,采用Raman光谱可以测得它的分子振动特征,正是这种振动特征可以明显地表征出它的分子结构和原子键合关系。本文基于分子力学的基本分析原理,给出一种用于描述碳-碳共价键在小位移情形下力能关系的计算单元,称为碳-碳键合单元,重点讨论该单元在实际建模过程中的坐标变换问题,将所建立的碳-碳键合单元用于C60纳米分子的振动分析,分别给出了C60纳米分子的Ag(1)、Ag(2)、Hg(1)三个特征振型和频率,并与群论的分析结果、Raman光谱实验结果进行比较,证明了所提出分析方法的正确性和实用性。