低维碳和氮化硼材料的物理力学研究进展

碳纳米管、石墨烯和六方氮化硼等低维材料具有优异的力学和电学性质,已经引起广泛的科学兴趣。然而由电荷、分子轨道、电子结构和自旋态构成的低维材料的局域场与力学变形、机械运动和物理化学环境等外场间往往存在强烈耦合,这导致低维材料会呈现出新颖独特的物理力学性能。论文对近年来碳纳米管、石墨烯和六方氮化硼等低维材料的力学性能、力电耦合与器件原理、表面和界面结构性能调控、层间相互作用、能量耗散和摩擦等物理力学方面的研究进展进行了简要综述,并讨论了利用低维材料多场耦合特性和结构性能关联发展新型功能器件的方法和途径,以及纳米力学和纳尺度物理力学的前沿和发展趋势。     

人工髋、膝关节磨损测试标准及模拟试验机研究进展

髋膝关节植入物假体在体内发生摩擦磨损进而造成骨溶解、无菌松动是导致其失效的重要原因之一. 人工髋膝关节磨损试验是对假体材料、设计和加工进行评价的重要形式. 天然髋膝关节承受的运动和载荷十分复杂,研究天然关节在各种行为下的受力和运动范围,并利用专门的髋膝关节模拟器来进行试验和评价,有助于人工关节的设计和耐磨关节材料的发展. 本文中整理了天然髋膝关节的运动范围及载荷,对比了人工髋膝关节假体磨损的国内外标准,总结了主流髋膝关节模拟试验机的结构及主要技术参数,为我国关节行业的研究者提供参考.      

基于mbS模式的有限单元法

mbS模式及其有限元法是在固体和结构分析模型中引入薄膜、弯曲和剪切理论,且采用纯拉压、纯弯和纯剪单元进行分析的数值方法。在时空系中剖分物质单元和时间单元上构造以指数函数和贝塞尔函数为插入函数且按Lagrange插值条件的薄膜、弯曲和剪切等基本位移函数,由此得到更加完备和耦合的固体和结构实体单元的变形模式,根据能量泛函变分原理得到静动力有限元基本方程的一致格式。研究表明,mbS模式及其有限元法可用于梁柱和板壳等结构的静动力分析及屈曲分析。     

冰雪滑动摩擦研究现状及发展趋势

随着材料、检测设备和仿真软件的发展,冰雪摩擦的研究有了进一步的突破. 冰和雪都拥有独特的摩擦特性,它们的微观结构、表面薄层和测试方法一直都是科学研究的重点. 本文作者综述了关于冰雪与不同固体材料表面之间的摩擦学特性,简要介绍了冰雪微观形态、物态变化以及更深层次地从微观和纳观层面研究冰雪摩擦机理;重点介绍现有国内外在室内与室外进行冰雪摩擦测试的方法和测试装置的差异及影响,并结合减摩特性的摩擦机理研究在运动器材设计中的运用进行了简要总结. 最后,在未来的发展中应更加注重这几个方向的研究,为国内冰雪摩擦领域研究及冰雪运动器材设计产业提供理论支持.      

Particuology and climate change

The global concern over the greenhouse gas emissions and its effect on global warming and climate change has focused attention on the necessity of carbon dioxide capture and sequestration. There are many processes proposed to capture carbon either before or after combustion and these processes invariably involve investigation and application of traditional particuology. The solids employed are of different sizes, densities, morphologies, and strengths. Their handling, transportation, recirculation, and reactor applications are the essence of ＇particuology＇. Particuology can play an important and vital role in achieving cost-effective removal of carbon and minimize emissions of greenhouse gases. In this paper, the existing and developing carbon capture processes are briefly reviewed and the opportunities for application of particuology are identified. The review was not intended to be exhaustive. It is only in sufficient detail to make connection between particuology and climate change. For immediate and future challenges of reducing global warming and carbon capture and sequestration, innovative reactor design and application of parricuology is imperative. Expertise and innovation in particuology can greatly enhance the speed of development of those technologies and help to achieve cost-effective implementation. Particuology is indeed intimately related to the climate change and global warming.     

大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展

随着航天重大工程的逐步实施,航天器正朝着超高速、超大尺度、多功能的方向发展,其面临的发射和运行环境也更加恶劣.航天器发射过程中的振动及其主/被动控制、在轨运行中大型柔性航天器动力学建模与动态响应分析、结构振动与飞行器姿态的混合控制等问题越来越复杂且难于处理;航天器结构的大型化和柔性化(如大阵面天线和太阳翼等)也对其地面试验和半实物仿真提出了挑战.本文着重介绍大型柔性航天器涉及到的动力学与振动控制问题,包括航天器发射过程中的整星隔振,大型柔性结构动力学建模与振动响应分析,大型柔性航天器的结构振动与姿轨控耦合动力学及其混合控制等.提炼出航天动力学与控制领域中亟待解决的若干基础科学问题,包括:多刚柔体系统动力学建模与模型降阶(涉及大变形柔性体动力学建模、多求解器合作仿真、模型降阶、组合结构动力学建模的解析方法等);复杂结构状态空间模型构建方法与能控性(涉及状态空间模型构建的理论与实验方法、复杂结构振动控制系统的能观性与能控性等);航天器姿态运动与大型柔性结构振动的混合控制律设计(涉及姿态机动与结构振动的鲁棒混合控制、执行机构与压电控制器的协同控制等).      

城市地质图的特点·编图原则·方法

论述了城市地质图的主要特点、编图原则和方法, 其主要内容概括如下: (1)编制城市地质图的重要意义首先在于为不断完善和适应城市建设和发展的需要, 更好地使地质工作为城市建设总体规划和政府决策服务, 同时为具体工程设计和施工提供基础资料。其次为合理地开发利用城市土地资源、保护城市地质环境提供科学依据。(2)城市地质图是一个具有以专业地质规划目标与工程地质要求、城市发展总体效益评估为内容的系列图件, 是一个分别具有适应于地质专业人员、城市规划设计工程师和政府决策管理官员需要的多功能特点的系统性图件。(3)城市地质图编制原则, 第一在于客观性; 第二为评价性; 第三为预测性; 第四为实用性。前三项是前提和基础, 后者为目的。力求做到内容准确、明晰可读、易懂, 紧紧围绕城市规划设计和政府决策对地质技术的要求进行。(4)城市地质图包容了基础地质图类、分析评价图类、效益决策评估类三个等级的功能各异的图件, 在制图方法和程式上体现了图件的等级—内容—性质—用途的统一、技术性与管理决策的统一。     

工程水文地质学及其在水电工程中的应用概述

工程水文地质问题产生于人类工程活动与地质环境中岩土体和地下水之间的相互制约和相互作用过程中,由于问题本身的复杂性,目前对这类问题的研究尚处于相对分散的单一研究状态,缺乏系统的从地质机制分析到地质模型抽象,进而由模拟再现到发展趋势预测以及治理措施论证的全过程研究。本文在系统分析、总结水电工程中水 -岩和水 -工程建筑的作用类型及特征基础上,认为可能出现的工程水文地质问题主要是;水库诱发地震、岩溶渗漏、库岸及高边坡的稳定、坝基、坝肩抗滑稳定、枢纽区深层承压水问题等。     

石崆山Ⅱ段岩质高边坡稳定性的工程地质系统分析研究

岩质高边坡稳定性的分析评价涉及工程地质学、岩体力学、计算科学等多学科交汇的问题,是一较为复杂的系统工程问题。在系统分析岩质高边坡赋存的地质背景和环境条件的基础上,采用系统分析评价、综合集成的方法应是研究分析和解决该问题的有效和最佳方法。针对漳—龙高速公路石崆山Ⅱ段岩质高边坡工程,在系统分析边坡工程地质特性的基础上,采用赤平极射投影法和有限单元(FEM)法等,进行综合评价和系统分析,获得的稳定性结论,已正常运营使用若干年,反映了系统分析,综合评价方法是成功和有效的。它表明,综合评价、系统分析应是岩质高边坡稳定性评价分析的重要途径;它的综合内容和集成方式及其完善与工程实用性,有待进一步深入的研究和工程实践的运用及其经验的积累。     

微/纳米制造技术的摩擦学挑战

评述了国内外航天、信息和军事等高技术领域中微/纳米制造技术的研究现状和发展趋势,介绍了微/纳米制造技术特征及其关键技术问题,揭示了当器件的尺度由毫米量级减小到微米甚至纳米量级时,微器件材料表面和界面的摩擦学(摩擦磨损及润滑)、力学和化学等及其控制方法是微/纳米制造研究中急需解决的关键技术问题.这些问题的解决对摩擦学研究提出了严峻挑战,新的摩擦学理论和技术的出现将为微/纳米制造技术的发展以及相关问题的解决提供保障.     

工程地质学发展趋势刍议

环境工程地质学是工程地质学发展的新阶段,它囊括并发展了工程地质学的所有问题。作为研究工程建设与地质环境相互作用的环境工程地质学,有待于进一步发展为工程环境灾害学──一方面,由于各种自然环境恶化和灾害间的相关性和因果性（环境恶化链、灾害链）,研究似宜不限于地质环境和灾害（当然后者仍是重点）,而适当扩大至土地环境、水环境和社会环境。作为一门应用地质学的环境工程地质学及其母学科工程环境灾害学将具有力学、地理、经济三大支柱,首先力求地质学与地理学的相互渗透和融合。另一方面,由于各种人类活动间的相关性和因果性（活动链）,所研究的人类活动似宜不限于工程建设和运行,而适当扩大至采矿和水事活动,包括开采地下水和排污。后者引起的环境恶化和灾害尤为严重,正酿成危机。其根本出路不仅在于科技进步,而且在于文化调节,力求科技与文化的相互渗透和融合。     

针尖的化学物理力学研究

扫描探针显微镜的发明, 使人们了解纳米、分子和原子尺度的超微结构, 探测原子、分子间的力、电、磁及其复杂的物理和化学性质, 以及进行单原子、单分子操纵 成为现实. 本文从探针技术与表面化学物理力学耦合的角度出发, 首先对针尖的化学物理力 学研究领域进行了概述, 接着介绍了针尖的几种重要的化学修饰方法, 包括金属薄膜、自组 装单分子膜、胶体粒子及碳纳米管修饰; 然后以理论与实验结合的方式介绍了几个研究活跃 的领域: 表面力及分子间力(主要包括Van der Waals力, 双电层力, 憎水亲合力, Casimir力和单键力等)的理论描述与测量, 针尖的化 学物理力学在化学力滴定和表面化学识别等研究中的应用. 讨论了针尖与基底材料对测量力 的影响. 而这些复杂的原子、分子相互作用和物理、化学、力学及生物特性的实现均发生于 小小针尖上, 由此我们提出了``针尖力学'的概念. 并且指出多场(如电场、磁场、超声、 微波等)作用下, 针尖的化学物理力学研究将成为力学交叉学科研究的重点和热点.     

地震纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应研究

在燃烧室入口来流为Ma=2.64、T0=1483K、P0＝1.65MPa、T=724K、P=76.3kPa条件下,采用高速摄影和连续激光高速纹影对等截面型开窗燃烧室内氢气射流自燃过程、火花塞点燃氢气过程和引导氢气火焰点燃煤油过程进行了观测,获得了燃烧室内着火过程中火焰和流场波系结构的动态演化过程;观察到了初始火焰区首先起始于燃烧室下游,并逆流传播实现发动机着火的过程;分析表明燃料能否着火、以及着火位置与燃料着火时间、燃烧室流速和火焰稳定器安装情况相关,多火焰稳定区延长了燃料驻留时间,使燃料更容易着火。 关键词 超燃冲压发动机,点火过程,火焰传播,火焰稳定器     

过载性损伤与防护生物力学

损伤与防护生物力学(injury and protection biomechanics)是研究生物组织或器官损伤机理及其防护方法的一门交叉性学科,属于现代生物力学的重要分支.其研究目标是降低载荷环境下组织或器官的损伤程度,主要内容包括载荷造成生物组织和器官的损伤机制、损伤耐受极限以及损伤过程中的生物力学动态响应、如何改善组织和器官所处的力学环境降低其损伤程度、有效的防护装备优化设计思路.高过载性载荷由于其作用短时性和爆发性具有较高致命性, 因此,人在过载环境下的抗损伤能力已越来越成为航空器研制、汽车性能提升、运动员竞技能力提升与充分发挥的瓶颈;尤其是更快、更灵活新型飞机的出现,超音速弹射救生、大过载高增长率的机动飞行防护等问题向损伤与防护生物力学研究提出了新的挑战,同时也为损伤与防护生物力学的发展提供了新发展机遇.随着科技不断进步,航空航天、交通事故、体育运动乃至日常生活中老年人跌倒等过程中人体冲击过载性损伤越来越呈现发生率高、防护效率低等问题,一方面由于人体耐限实验会造成损伤而难以获得真实数据,另一方面生物组织具有复杂非线性及黏弹性、可再生和重建特性,涉及到如何精准描述生物组织或器官的本构关系、组织解剖学特征与其力学特性之间相关性,建立不同尺度的组织或器官损伤机理与耐受极限、防护方法及防护装备设计准则.为此,本文将主要总结过载性损伤与防护生物力学的主要研究内容和研究方法,并在此基础上针对人体在复杂过载环境下的损伤类型、损伤机制(包括生物力学和力学生物学响应)、损伤耐限及防护方法进行回顾,包括近年来该领域国内外的主要进展, 并提出该领域发展趋势.过载性损伤与防护生物力学研究对于保障和提高复杂过载环境下人体安全性具有重要意义,可为解决航空航天、交通、体育运动中广泛涉及的骨肌多轴向损伤评价方法与标准制定提供科学依据,对指导防护装备优化设计具有重要理论价值,同时该方面研究在工程仿生材料和防护装备方面具有潜在实用价值和广阔应用前景.      

润滑脂极压抗磨添加剂的发展现状

本文综述了润滑脂极压抗磨添加剂的发展现状及其最近的研究和开发动向,阐述了两种或两种以上极压抗磨添加剂的复合效应,并且提出了当前值得注意的几个重要的研究内容。     

黏弹性流体扩展及收缩流动的格子Boltzmann模拟分析

本文应用格子Boltzmann 方法(LBM)并结合Oldroyd-B 模型,讨论了不可压缩的 Navier-Stokes 方程和平流扩散本构方程的解耦及各自求解方法,以及两类问题的边界处理格式,实现了黏弹性流体在二维1:3 扩展流道以及3:1 收缩流道中的流动的数值模拟．获得了不同雷诺数Re 和维森伯格数Wi 以及黏度vs 下流动的流线分布,计算给出了漩涡的涡心位置和大小,并分析了参数Re、Wi 和vs 对流动特点的影响．模拟结果表明本文所采用模型和边界处理方法具有良好的精度和稳定性．     

NANOSCALE PROCESS ENGINEERING

The research of nanoscale process engineering (NPE) is based on the interdisciplinary nature of nanoscale science and technology. It mainly deals with transformation of materials and energy into nanostructured materials and nanodevices, and synergizes the multidisciplinary convergence between materials science and technology, biotechnology, and information technology. The core technologies of NPE concern all aspects of nanodevice construction and operation, such as manufacture of nanomaterials “by design“, concepts and design of nanoarchitectures, and manufacture and control of customizable nanodevices. Two main targets of NPE at present are focused on nanoscale manufacture and concept design of nanodevices. The research progress of nanoscale manufacturing processes focused on creating nanostructures and assembling them into nanosystems and larger scale architectures has built the interdiscipline of NPE. The concepts and design of smart, multi-functional, environmentally compatible and customizable nanodevice prototypes built from the nanostructured systems of nanocrystalline, nanoporous and microemulsion systems are most challenging tasks of NPE. The development of NPE may also impel us to consider the curriculum and educational reform of chemical engineering in universities.     

Phase composition and distribution of alloying elements in the transition layer

X-ray spectral and x-ray structural analyses and optical microscopy were used to study the chemical and phase compositions and the structure and morphology of alloying elements of the transition layer produced by gas-flame and plasma spraying on St. 3sp steels. It is shown that the structure and chemical and phase compositions of the transition layer depend significantly on the technological parameters, processing methods, and the chemical composition of the coating.     

龙游石窟1号洞破坏成因及加固对策研究

龙游石窟1号洞和其他4个洞体,开发16a来,在取得了丰硕的社会经济效益和学术成果的同时,洞体在自然力的作用下,出现了严重的破坏。构成石窟的柱、墙和顶板陆续出现裂缝。其原因是构成洞体的泥质砂岩易于风化、易于流变,在干湿交替和温度变化的情况下极易破坏。同时处于浅埋状态的洞室顶板、柱子、墙体强度不足,在自重作用下发生以冲切、剪切、弯曲为主要特征的破坏形式。开发时施加的外部荷载加剧了这种破坏。针对这些破坏形式,加固方案宜采用整体设计分步实施的方案。先柱墙,后顶板。柱墙加固以柱支撑为主要手段,顶板以梁支撑为主要手段。两者相互联系形成一个美观的加固体系。