理论计算物质微观结构的方法

本文对量子化学理论和密度泛函理论做一概略性地论述,并介绍一些带子化学计算软件的特色,最后简单了介绍分子动力学模拟．     

盐渍土物理力学参数对含盐量变化的响应及其微观结构特征

为了研究含盐量变化对盐渍土物理力学参数及微观结构特征的影响,文中以青海东部地区发育的硫酸盐渍土为试验材料,采用去盐试验、扫描电镜和孔隙分形等方法,研究土体物理力学参数对含盐量变化的响应及微观结构的影响,并建立了盐渍土物理力学参数对含盐量变化的响应模型。结果表明：当土样含盐量在0.5%～4.0%时,随着硫酸盐含量的增加,盐渍土呈现最大干密度减小、最优含水率增大的响应特征,盐渍土的黏聚力和内摩擦角等主要力学参数均呈现减小的响应特征。硫酸盐含量的变化主要影响土体微观结构的分形维数(D_f),改变了土中片状孔隙和针状(柱状)孔隙的比例。当硫酸盐含量较高时,土体的孔隙结构复杂,片状孔隙占比高,不易压密;反之,土体孔隙结构简单,容易压密。研究结果可为进一步探讨含盐量变化对盐渍土物理力学参数的影响机制及地基处理提供数据参考。     

固体力学中的多尺度方法综述

本文阐述多尺度关联方法所需要满足的各项基本要求,这也是多尺度数值模拟所面临的问题.并就各项具体问题针对当前的一些多尺度关联方法进行评述,介绍当前可以应用于建模计算的一些具体方法以及一些工程应用的尝试.最后概要地介绍了多尺度关联方法的发展前景.     

表面张力的尺度效应与托尔曼长度

介绍了表面张力的尺度效应、托尔曼长度、分子动力学和密度泛函方法.由于文献中所得结论有一定的分歧,所以表面张力尺度效应的研究有理论和实践意义.     

泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置的研制

为进一步深入井壁稳定机理研究,利用压力传递原理推导了泥页岩极低渗透率计算公式,并给出了半透膜移率的计算公式,研制了泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置（SHM仪）,建立了压力传递实验新方法。利用该方法定量测定了泥页岩极低渗透率和泥页岩与水基钻井液体系半透膜效率。结果表明,具有极低渗透率的泥页岩与水基钻井液之间存在半透膜效应,半透膜效率与无机盐的种类有关,且泥页岩渗透率和半透膜效率可通过物理-化学的方法得以改善。     

黄土标贯击数与物理力学参数相关性及微观机制分析

为了补充西安市黄土塬区利用标贯击数预测土的物理力学参数的方法,以西安市长安区黄土塬地基土为例,通过现场标贯试验和室内土工试验,对地基土的标贯击数值与物理力学参数进行了一元和多元相关性分析,给出了拟合关系式及其相关系数;并利用电镜扫描及PCAS图像处理技术,从黄土微观结构角度对研究结果做了进一步分析。结果表明：黄土塬地基土的含水率、干密度、孔隙比、液限、黏聚力、内摩擦角、压缩系数均与标贯击数N有很好的线性相关性,地基土的湿陷系数与标贯击数N的线性相关性良好,可用N值对地基土的物理力学参数进行预测。研究成果可为西安黄土塬区岩土工程勘察提供参考。     

泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置的研制

为进一步深入井壁稳定机理研究,利用压力传递原理推导了泥页岩极低渗透率计算公式,并给出了半透膜效率的计算公式,研制了泥页岩水化-力学耦合模拟实验装置(SHM仪),建立了压力传递实验新方法.利用该方法定量测定了泥页岩极低渗透率和泥页岩与水基钻井液体系半透膜效率.结果表明,具有极低渗透率的泥页岩与水基钻井液之间存在半透膜效应,半透膜效率与无机盐的种类有关,且泥页岩渗透率和半透膜效率可通过物理-化学的方法得以改善.     

实验分析泥岩水化膨胀应力与力学参数之间的关系

在钻井的过程中,泥页岩地层一旦与水基钻井液接触后,便会发生水化膨胀作用,在地层压力和上覆岩层压力的约束下产生膨胀应力,岩石强度降低,井壁稳定性下降。因此,研究水化膨胀作用与力学参数之间的关系是研究泥岩井壁稳定的关键内容之一。基于泥页岩的水化作用机理,通过室内实验分析了水基钻井液中的离子类型及其浓度对水化膨胀应力的影响,并且测量了岩样水化后的力学参数。实验结果表明泥岩水化膨胀应力与离子类型和浓度有关;水化后泥岩的含水量越大,产生的线膨胀应力越大,力学参数越小;线膨胀应力与泥岩水化后的力学参数之间具有较好的指数递减关系。     

一种尺度参数的确定方法

密度函数的小波估计中,尺度参数的选择是最关键的问题,如果尺度参数选择大小,则受噪声影响比较大.如果尺度参数选择过大,虽然密度函数估计较好,但密度估计的曲线大幅振荡.通过在多维空间中,基于小波的多分辨分析理论对多变量密度函数进行的小波估计,提出了利用Fisher信息来确定尺度参数的新方法.     

低合金超高强度钢跨尺度疲劳失效行为分析

为了研究40CrNi2Si2MoVA低合金超高强度钢的跨尺度疲劳失效行为,以约束应力区描述材料的损伤过程,以跨尺度应变能密度因子作为疲劳裂纹扩展的控制参量,建立宏微观跨尺度疲劳裂纹扩展统一模型。采用上述模型,利用光滑试样(应力集中系数Kt=1)的试验S-N曲线,拟合出疲劳模型中的材料参数。当考虑材料微结构对疲劳寿命的影响时,该模型可精确再现出疲劳试验数据的发散特性。利用该模型对不同应力集中系数下(Kt=2,3)含缺口试样的疲劳寿命进行了预测,理论计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,合金钢材料的初始缺陷及微结构的演化特性,对疲劳寿命有显著影响,是疲劳试验数据发散的主要原因。     

水化硅酸钙力学性能分子动力学模拟方法对比研究

对水化硅酸钙凝胶(C-S-H)的力学性能分子动力学模拟方法进行了对比研究。以Tobermorite和Jennite晶体作为CS-H纳观结构的模型,建立3倍晶胞分别在COMPASS、COMPASS II两种力场下进行分子动力学模拟,得到纳观结构的力学性能。然后根据Powers和Jennings水化模型,引用自融洽(SC)和Mori-Tanka均匀化方法考虑孔隙率因素,计算C-S-H凝胶的力学性能。研究发现,COMPASS力场对C-S-H力学性能的模拟更好;SC方法计算的结果更为接近试验值;Tobermorite 11和Jennite结构模型在力学性能模拟方面更准确;Jennings水化模型与原子模拟研究技术结合较好。     

岩体物理力学参数测定及其工程处理方法的研究

在巷道工程和边坡工程稳定性分析中,力学参数的测定与选取会对计算结果产生重大影响.确定岩体力学参数的现场大型原位试验方法工程浩大、费用高昂,受到多种环境和技术条件限制.因此,本文采用Singh法、Kalamaras法和Hoek-Brown法等多种工程处理方法对由室内岩块试验获得的岩块力学参数进行了工程处理,考虑了岩块与岩体之间的差异,得到了符合工程实际情况的岩体力学参数.     

边坡工程中的岩石力学参数研究方法探讨

简要介绍了岩石力学的研究对象，重点讨论了边坡工程中的岩石力学参数的4种研究方法，最后提出边坡工程中岩石力学参数的新问题以及相应的处理办法．     

节理岩体力学参数确定的数值试验方法

为解决现场或室内试验条件下难以测试大尺度岩体并确定其参数的问题,总结提出了应用数值试验方法确定节理岩体宏观力学参数的方法流程.即将节理岩体单元离散为岩块和节理两种类型,通过室内试验分别研究其力学特性,再把岩块和节理进行组合形成岩体,通过数值计算得出节理岩体的力学特性.将这套方法应用到贵州省某高速公路岩质边坡的岩体参数优化分析中,研究了试件尺寸、各向异性、岩块及节理力学参数等对岩体宏观力学参数的影响.数值试验方法为工程节理岩体参数的确定和优化提供了一种新的思路.     

扫描电镜及电子能谱对硅酸钙水合晶体生产过程的研究

以扫描电镜-电子能谱为主要研究手段,并辅之以X-射线衍射、透射电镜-电子衍射等结构分析方法,对蒸压条件下硅酸钙水合晶体的生成过程进行了较为系统的研究。结果表明,硅酸钙水合晶体的生成经历了水合C_a~(2+)离子扩散进入圆筛藻孔道中、晶核的形成、晶种的生成、晶体长大等几个主要阶段。并结合不同的反应阶段对制备条件的要求进行了有关的讨论。     

液体晃动力学参数的辨识

提出一种确定液体晃动力学参数的新方法。建立晃动液体和运动容器的力学模型和它的差分方程，实测液体晃动时充液容器运动的信号，采用广义最小二乘法处理试验数据，估计出液体晃动的力学参数。用此种辨识方法获得的液体晃动的主频率和参预基频晃动液体的等效质量与理论计算和共振试验法得到的结果基本一致。     

基于分子动力学的α-SiO2晶体力学性能

采用分子动力学方法, 结合Tersoff势函数, 模拟α-SiO₂晶体在应变加载下的力学性能, 并考察温度对α-SiO₂力学性能的影响. 结果表明: α-SiO₂在常温加载过程中经历了弹性变形、 塑性变形及断裂变形3个阶段, 获得的屈服强度为22.6 GPa, 断裂强度为36 GPa； 在塑性变形阶段观察到α-SiO₂从晶相向非晶转化的相变过程; 随着温度的升高, α-SiO₂的屈服强度和弹性模量逐渐降低； 温度越高断裂应力和断裂应变越低, α-SiO₂晶体在高温单轴加载下易出现断裂.     

移动式防洪墙构件承载力的计算方法

移动式防洪墙具有安全可靠性高、安装拆卸方便迅速等特点,可以满足人们亲水需求,已在国内外多个城市成功投入使用。移动式防洪墙一般由立柱、挡板、预埋件等部件组成。本文首先研究了静水、动水、波浪、冲击等荷载的计算方法以及相应的组合荷载考虑方式。在荷载确定以后,分别针对立柱、挡板以及预埋件(包括螺栓、定位销、套管等多个受力部件)的承载力分析给出了相应的计算公式,从而建立了一套较为完整的移动式防洪墙受力构件承载力计算方法。该计算方法对工程实际具有很好的应用参考价值。     

新型弹簧支撑介电弹性作动器的力学特性建模及参数影响分析

为了研究新型弹簧支撑介电弹性作动器参数对其力学性能的影响规律,基于热力学理论建立了作动器力电耦合模型,提出了作动器内置弹簧刚度和驱动变形表征方法,并通过试验进行了验证,在此基础上分析了薄膜参数对作动器力学性能的影响。结果表明:该作动器在电压驱动下表现出了良好的轴向驱动特性,建立的力电耦合模型能够描述作动器的静态力学性能;作动器的静态刚度随薄膜轴向拉伸比、薄膜横截面积的增加而增大,随薄膜径向拉伸比、作动器有效长度及弹簧压缩量的增加而减少;而增大轴向、径向的拉伸比和薄膜横截面积可提高作动器的驱动性能。可见,研究结果可为作动器的设计和性能优化提供理论依据。     

Fe-C合金动态拉伸力学性能温度和应变率效应分子动力学

爆炸冲击荷载作用下温度和应变率对钢材动态力学性能的影响一直备受关注。Fe-C合金体系是钢材的基本组成部分,本文以Fe-C合金为基本研究对象,采用分子动力学方法模拟九种温度和四种应变率条件下Fe-C合金的单轴动态拉伸过程。结果表明：在所研究的温度和应变率范围内,Fe-C合金弹性模量对于应变率变化不敏感,对于温度变化非常敏感,随着温度的升高,弹性模量明显减小;相同温度条件下,屈服强度和峰值应变随应变率的增大而增大;相同应变率条件下,屈服强度和峰值应变随温度的升高而减小;温度和应变率对屈服强度的影响不具有相关性。基于分子动力学模拟,建立的纳米尺度下Fe-C合金动态拉伸力学性能计算公式能反映温度和应变率效应的共同影响,为钢材在爆炸冲击作用下动态拉伸力学性能描述提供依据。