颗粒的有限尺寸对颗粒在均匀各向同性湍流中扩散的影响

本文指出固体颗粒对流体湍流运动的响应有不同的机理,颗粒受大涡的粘性拖动,但受小涡的随机碰撞.基于这种原理,本文计算了有限尺寸的固体颗粒在均匀各向同性湍流中的扩散.结果显示存在着二种相互抵消的效应:颗粒的惯性使颗粒长期扩散系数上升,而颗粒尺寸使颗粒的长期扩散系数下降.     

在两相粘性跨音速喷管流动中簿层方程的一种隐式求解方法*

本文略去沿流动方向的粘性,将任意曲线坐标系中无量纲化的N-S方程简化为薄层方程.采用隐式近似因子分解法求解气相控制方程,采用特征线法跟踪颗粒,然后获得两相跨音速湍流充分耦合的数值方法.其中,颗粒尺寸是分级的,用参考平面中的拟特征线法处理喷管的粘性亚音速进口边界条件,湍流采用代数模型.该计算方法应用于火箭喷管两相粘流计算,并预估了固体火箭发动机的推力和比冲,计算与试验结果吻合很好.文中还讨论了不同颗粒尺寸、不同颗粒质量百分数和颗粒尺寸分级等对流场的影响,分析了颗粒、二维径向分速和粘性对发动机比冲的影响.本文的方法具有节省机时的优点,尤其是对颗粒尺寸分级的计算,效果更为显着.     

基于修正偶应力理论的Timoshenko微梁模型和尺寸效应研究

基于修正偶应力理论,将Timoshenko微梁的应力、偶应力、应变、曲率等基本变量,描述为位移分量偏导数的表达式.根据最小势能原理,推导了决定Timoshenko微梁位移场的位移场控微分方程.利用级数法求解了任意载荷作用下Timoshenko简支微梁的位移场控微分方程,得到了反映尺寸效应的挠度、转角及应力的偶应力理论解.通过对承受余弦分布载荷Timoshenko简支微梁的数值计算,研究了Timoshenko微梁的挠度、转角和应力的尺寸效应,分析了Poisson比对Timoshenko微梁力学行为及其尺寸效应的影响.结果表明:当截面高度与材料特征长度的比值小于5时,Timoshenko微梁的刚度和强度均随着截面高度的减小而显著提高,表现出明显的尺寸效应;当截面高度与材料特征长度的比值大于10时,Timoshenko微梁的刚度与强度均趋于稳定,尺寸效应可以忽略;材料Poisson比是影响Timoshenko微梁力学行为及尺寸效应的重要因素,Poisson比越大Timoshenko微梁刚度和强度的尺寸效应越显著.该文建立的Timoshenko微梁模型,能有效描述Timoshenko微梁的力学行为及尺寸效应,可为微电子机械系统（MEMS）中的微结构设计与分析提供理论基础和技术参考.     

煤颗粒燃烧破碎特性及其分数维理论

本文采用激光衍射法和光学显微计算机图像系统及自行开发的软件,测量了三个典型煤在快速加热初期燃烧、等温加热燃烧和火焰燃烧方式的颗粒尺寸,运用分数维理论,建立了煤燃烧颗粒破碎理论,实验和理论研究揭示了煤燃烧中颗粒尺寸变化的本质,理论计算和实验结果符合良好。     

基于广义弹性理论的微梁固有频率及模态的尺寸效应

经典弹性理论在近代工程技术中得到广泛应用,但其本构关系中不包含任何与尺寸相关的参数,因此不适用于微观结构,不能预测和解释尺寸效应.广义弹性理论增加了偶应力及其对应的曲率张量,完善了对小变形的几何描述,适用于微结构的尺寸效应研究.该文采用广义弹性理论,并结合Hamilton变分原理推导了悬臂微梁的振动微分方程,对微梁的固有频率及其模态进行了分析.结果表明,随着微梁厚度的不断减小,固有频率的尺寸效应与其对应的模态密切相关.扭转和弯曲模态包含了旋转变形,其对应的固有频率显著提高,表现出了显著的尺寸效应;而拉压模态不涉及旋转变形,固有频率未产生明显变化,没有尺寸效应.     

宏观体缺陷对材料阻尼行为的影响

利用渗流法制备出多孔Al和多孔ZA27合金（孔径和孔体积分数分别为(1.0±0.5) mm及50%～75%）,以及相同基体、相同尺寸的石墨颗粒增强复合材料(石墨颗粒体积分数为19%～94%),对比研究了宏观孔洞和颗粒对材料阻尼（内耗）行为的影响.实验表明,对于本征阻尼较小的工业纯铝,引入一定数量的孔洞或石墨颗粒,由于宏观与微观缺陷的综合效应,内耗显著提高;对于本征阻尼较高的ZA27合金,引入孔洞对其内耗影响很小,而引入宏观尺度的石墨颗粒,其低温内耗变化不大,高温内耗峰明显下降,其原因为石墨颗粒对原有内耗机制的抑制.     

同时观察纳米锰钙钛矿中的隧穿型GMR及本征CMR

采用溶胶 凝胶法制备出稀土锰钙钛矿La_0.85Sr_0.15MnO₃ 的纳米微粒 .通过控制烧结条件获得了一系列具有不同晶粒尺寸的锰钙钛矿块材 .变温电阻实验显示 ,该类锰钙钛矿颗粒材料的输运性质 ,包括其磁电阻效应 ,随晶粒尺寸的增加呈系统性变化 ,从一个界面效应主导型输运行为转变为锰钙钛矿晶体的本征输运行为 ,从而其磁电阻效应亦由界面隧穿型GMR转变为本征CMR .当晶粒尺寸适中 (～ 1 0 0nm)时 ,可在一块样品中同时观察到这两种磁电阻效应 .并且 ,这两种磁电阻效应的共同作用可在磁电阻-温度(MR-T)曲线上造就一“平台” ,即磁电阻效应可以在相当宽的温度范围内不随温度变化     

纳米GaSb-SiO2镶嵌复合薄膜的制备及光学性质

用射频磁控溅射技术制备出纳米GaSb颗粒镶嵌在SiO2介质中的复合薄膜.透射电子显微镜观察表明, 纳米GaSb颗粒均匀地镶嵌在SiO2介质中.X射线衍射显示出GaSb (111),GaSb(220) 和GaSb(311)典型的面心立方闪锌矿结构特征.复合薄膜的室温光吸收谱表明,吸收边发生了较大的蓝移,并且,蓝移量随纳米GaSb的颗粒尺寸减小而增大.复合薄膜的室温Raman光谱表明: 薄膜的Raman散射峰较块体材料的有较大的红移和宽化.用量子限域理论和张应力效应对这些现象作了解释.     

纳米晶钛酸铅镧体系的软模及铁电相变研究

采用Raman散射方法系统研究了Pb_1-xLa_xTiO₃(PLT)的软模行为和铁电相变.结果表明,随着晶粒尺寸的减小,Pb_0.86La_0.14TiO₃(PLT14)能从常温常压下的四方铁电相转化为立方顺电相;在高温常压及常温高压下纳米晶PLT14的相变温度和压力均比体材料情况下低;对于不同晶粒尺寸的PLT体系,系统从四方相转化为立方相的相边界随晶粒尺寸的减小移向更低的La离子浓度,还论述了软模随晶粒尺寸、温度、压力和La离子浓度的变化行为以及系统发生相变的机制.     

纳米GaSb-SiO2镶嵌复合薄膜的制备及光学性质

用射频磁控溅射技术制备出纳米GaSb颗粒镶嵌在SiO₂ 介质中的复合薄膜 .透射电子显微镜观察表明 ,纳米GaSb颗粒均匀地镶嵌在SiO₂ 介质中 .X射线衍射显示出GaSb ( 1 1 1 ) ,GaSb ( 2 2 0 )和GaSb ( 31 1 )典型的面心立方闪锌矿结构特征 .复合薄膜的室温光吸收谱表明 ,吸收边发生了较大的蓝移 ,并且 ,蓝移量随纳米GaSb的颗粒尺寸减小而增大 .复合薄膜的室温Raman光谱表明 :薄膜的Raman散射峰较块体材料的有较大的红移和宽化 .用量子限域理论和张应力效应对这些现象作了解释 .     

煤粉起动速度与粒径及湿度的关系

在煤码头和车站的煤堆积场上,煤粉的扬起是污染环境的主要原因之一.作者根据力学的基本原理,考虑颗粒和液滴重力、煤粉颗粒尺寸和湿度的影响,利用煤粉颗粒起动时的力平衡条件,推导出在风的作用下,具有一定湿度的煤粉颗粒开始扬起的起动风速的理论表达式.最后.根据煤粉起动速度与煤粉颗粒粒径及湿度的关系,将理论公式和风洞实验结果进行了比较,理论和实验结果符合得相当好.     

气固两相流和气液两相流的掺混问题

在工业生产中气固两相流和气液两相流的掺混是一个常见问题.在这个掺混流动过程中,颗粒团将形成,且在颗粒碰撞聚结效应和分裂效应相平衡时,颗粒团将具有稳定半径.本文引入了颗粒团线尺度数密度分布函数n(a,,t),从分子运动论的观点出发,导出了颗粒团线尺度数密度分布函数的控制方程.最后,在气相流速非常缓慢的情况下,得到了颗粒团平均稳定半径的表达式.     

弹性电介质复合材料的多极材料力学

本文根据物质材料的多极概念研究了弹性电介质复合材料的宏观力学和电的性质.特别是:运用多极物质材料的统计连续体理论,可以得到不均匀颗粒间的电弹性相互作用和微结构(尺寸、形状、取向…)对复合材料的宏观性质的影响.本文首先给出了在某一无限的弹性电介质体中具有电极化的椭球的弹性不均匀性的基本解,这个解是由于电弹性相互作用而对Eshelby的经典弹性解的修正.其次,本文导出了电弹性相互作用的弹性电介质复合材料的宏观本构关系和宏观材料参量,最后对稀释的复合材料的具有统计的异向性的、形状效应的、以及电弹相互作用的一些问题进行了定量计算.     

在两相粘性跨音速喷管流动中薄层方程的一种隐式求解方法

本略去沿流动方向的粘性，将任意曲线坐标系中无量纲化的Ｎ－Ｓ方程简化为薄层方程。采用隐式近似因子分解法求解气相控制方程，采用特征线法跟踪颗粒，然后获得两相跨音速湍流充分耦合的数值方法。其中，颗粒尺寸是分级的，用参考平面中的拟特征线法处理喷管的粘性亚音速进口边界条件，湍流采用代数模型。该计算方法应用于火箭喷管两相粘流计算，并预估了固体火箭发动机的推力和比冲，计算与试验结果吻合很好。中还讨论了不同颗     

考虑表面效应时孔边均布径向多裂纹Ⅲ型断裂力学分析

理论研究了纳米尺度孔边均布径向多裂纹的Ⅲ型断裂性能.基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论和保角映射技术,获得了孔和裂纹应力场的解析解,给出了裂纹尖端应力强度因子的闭合解.基于解答分析了应力强度因子的尺寸效应,讨论了裂纹数量、裂纹/孔径比和缺陷表面性能对应力强度因子的影响.结果表明:当孔和裂纹尺寸在纳米量级时,无量纲应力强度因子具有显著的尺寸效应;应力强度因子随裂纹数量的变化规律受裂纹/孔径比的影响;裂纹/孔径比对应力强度因子的影响受到缺陷表面性能的制约,同时表面性能对应力强度因子的影响也受限于裂纹/孔径比;表面效应对应力强度因子的影响与裂纹数量无关.     

圆管层流与湍流进口段效应修正系数的研究

本文对于光滑圆管层流与湍流进口段长度以及压力损失和流量进口段效应修正系数.提出统一的计算方法通过具体算例,提供了层流与湍流进口段效应压力损失和流量修正系数的理论计算公式.并且给出计及湍流进口段效应的流量计算方法.理论计算结果与实验数据比较表明,本文提供的公式.是简便而又可靠的.     

考虑剪力滞效应的先简支后连续-箱梁徐变效应分析

为了分析混凝土箱梁的徐变效应与剪力滞效应的相互影响,基于箱梁剪力滞效应计算的能量变分方法,推导了混凝土箱梁徐变受剪力滞效应影响的次内力和应力计算公式.结合先简支后连续箱梁算例,计算了受剪力滞效应影响后的徐变弯矩和应力,分析了考虑徐变效应影响的剪力滞系数.结果表明,与不考虑剪力滞效应的结果相比,剪力滞效应增大了箱梁徐变效应.对算例箱梁,考虑剪力滞效应后,对中支点截面处徐变的影响最大,次内力增大42.56%,腹板处应力减小8.5%.     

纳米超顺磁体的磁热熵效应 *

采用经典及量子理论对纳米超顺磁体系的磁热熵效应进行了较详细的分析计算.结果表明:存在一最佳纳米粒径尺寸,此时超顺磁体系的磁热熵变取得最大值.在一定纳米尺度范围内,超顺磁体系的磁热效应及磁熵变将超过常规顺磁体系的磁热效应及磁熵变.上述理论分析计算结果在纳米Gd-Y合金实验中得到证实.     

基于CUDA-GPU架构的超二次曲面离散单元并行算法

大规模离散元的并行计算通常基于理想的球体单元，然而自然界或工业生产中普遍存在的是由非球形颗粒组成的复杂体系，其在不同空间尺度下的动力学行为及力学性质与球形颗粒具有显著差异.基于连续函数包络的超二次曲面单元能有效地构造非球形颗粒的几何形态，并通过非线性Newton迭代算法准确计算单元间的作用力.针对非球形颗粒间接触判断的复杂性及其大规模离散元计算的需求，该文发展了基于CUDA-GPU构架下超二次曲面单元并行算法.该方法在球形颗粒并行计算的基础上，通过核函数建立单元包围盒的粗判断列表及Newton迭代的细判断列表，并优化并行算法和内存访问模式以提高算法的计算效率.为检验超二次曲面并行算法的可靠性，对非球形颗粒的流动过程进行离散元模拟, 并与试验结果进行对比验证.在此基础上，进一步分析了颗粒单元不同长宽比和表面尖锐度对颗粒材料流动特性的影响，为非球形颗粒材料的大规模离散元模拟提供一种有效的数值方法.     

高温超导体的顺磁Meissner效应——I.超导小颗粒内的捕获磁通及顺磁磁矩的典型行为

理论和实验证明 :弱磁场下超导小颗粒内部没有捕获磁通的状态 ,其自由能最小 .对于微米尺度的超导小颗粒而言 ,在低场下冷却至低温后 ,零场升温的磁矩中几乎没有捕获磁通的贡献 ,可以认为它完全由样品的顺磁Meissner效应唯一决定 .对超导小颗粒场冷后零场升温的磁矩进行了系统研究 ,得出了顺磁磁矩随温度、时间和磁场变化的基本特征 .并且找出和研究了顺磁Meissner效应的破坏和恢复的方法及条件