考虑电场梯度的挠曲电纳米板弯曲性能分析

具有尺度依赖的挠曲电效应在器件的设计中扮演着越来越关键的角色, 研究人员在微纳米尺度多物理场分析中进行了大量工作. 基于考虑挠曲电和电场梯度效应的弹性介电材料非经典理论, 以二维纳米板为例, 通过理论建模, 分析纳米板在弯曲问题中的力?电耦合行为. 根据Mindlin假设给出板的位移场和电势场的一阶截断, 选取板的材料为立方晶体(m3m点群), 将广义三维本构方程代入到高阶应力、高阶偶应力、高阶电位移和高阶电四极矩的表达式中得到相应的二维本构方程, 利用弹性电介质变分原理得到板的控制方程和边界上的线积分等式, 分别将二维本构方程和边界上外法线的方向余弦代入, 得到板的高阶弯曲方程、高阶电势方程以及对应的四边简支边界条件. 利用四边简支矩形板的高阶弯曲方程、高阶电势方程和相应的边界条件, 根据Navier解理论, 求解纳米板的电势场, 重点分析电场梯度对板内一阶电势的影响. 数值计算结果表明: 电场梯度对纳米板中由挠曲电效应产生的一阶电势有削弱作用, 且材料参数g₁₁越大, 一阶电势受到的削弱越大; 同时电场梯度的存在消除了纳米板在受横向集中载荷作用时一阶电势的奇异性. 本文是对具有挠曲电效应和电场梯度效应的纳米板结构分析理论的一个扩展, 为微纳米尺度器件的结构设计提供参考.      

基于矿渣粉与氧化石墨烯协同效应的水泥基材料冻融损伤力学性能研究

单掺氧化石墨烯(Graphene Oxide,简称GO)会造成水泥基材料流动性劣化,而将它与其他矿物如矿渣粉(Slag Powder,简称SP)掺合时,可协同增强水泥基材料的流动性和力学性能.为此,本文通过复掺GO和SP制备了一种新型水泥基材料,并对其流动性、冻融损伤特性、力学性能及微观结构进行了系统研究.结果 表明:SP的加入可有效改善GO/水泥基材料的流动性;随冻融循环次数增加,复掺GO和SP水泥基材料的质量损失率、相对动弹性模量、抗折和抗压性能等因素劣化趋势明显降低,尤其在75次冻融循环后,复掺GO和SP对抗折和抗压强度的衰减表现出较强的抑制效应.这表明GO和SP协同作用可有效提高水泥基材料的冻融损伤力学性能.从流动性、冻融损伤力学性能测试结果可知,掺量分别为0.05％和50％的GO和SP对水泥基材料的协同效应最为明显.基于SEM观测可将以上结果解释为:GO和SP可协同优化生成物的形貌和结构,有效减少微裂纹、孔洞等微观缺陷,使得微观结构更加致密,从而大幅提高水泥基材料的耐久性和力学性能.研究结果可为该水泥基材料的理论研究和工程应用提供参考.     

复掺氧化石墨烯与矿渣粉的水泥基材料力学性能研究

由于氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)的氧化程度、矿渣粉(Slag Powder,SP)的等级不同,对水泥基材料的协同效应尚未达成广泛共识.本文制备了复掺氧化石墨烯(GO)和矿渣粉(SP)的水泥基材料,研究了GO掺量、SP掺量以及水胶比等对其流动性及力学性能的影响,分析了其水化产物及微观形貌.结果表明:水泥基材料的流动性随GO掺量的增加而减小,随SP掺量的增加而增大,随水胶比的增大而增大;力学性能方面,各龄期抗压和抗折强度均随GO掺量的增加而增大,且对早期强度的影响更为显著;早期抗压和抗折强度均随SP掺量的增加而减小,但28d之后随SP掺量增加而先增后减,在掺量达到40％时达到最大;此外,抗压和抗折强度均随水胶比的增大而呈现减小趋势.微观结果表明,GO和SP可丰富水化产物、改善微观结构.本文研究结果可为该水泥基材料的工程应用和理论研究提供参考.     

MgB_2(001)面超导结构的电子浓度第一原理分析

采用密度范函理论计算了金属化合物MgB2(001)薄膜结构的电子能带结构和状态密度,计算的交换相关能分别采用LDA和GGA。规范保守赝势的计算结果表明,晶格常数与实验值误差在很小的范围内,分析了引起MgB2(001)面结构超导转变时电子浓度和偏态密度的变化情况,发现构成该超导体结构的成键有三种,着重从结构的电子浓度变化分析了其超导特性,六角蜂窝状结构中硼原子间相互作用为sp2杂化的共价键,镁原子和硼原子之间是离子键结合,镁原子层是金属键结合,镁原子的价电子部分转移到硼原子的pz轨道,部分电子为镁原子层共用。MgB2的超导机制为强烈的电子-声子耦合,为B原子间强烈的共价作用形成,是传统S波超导体。对Mg元素同一主族的其它硼化物进行布居分析,发现MgB2中Mg原子电子转移明显强于BeB2和CaB2,说明电子浓度是引起超导转变的一个重要因素。     

基于分子动力学的氧化石墨烯拉伸断裂行为与力学性能研究

与石墨烯相比,氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的亲水性、分散性和反应活性更好,更易于作为增强材料而研发生成性能超常的复合材料,但另一方面,由于其电子结构较为复杂,致使目前有关力学方面的研究存在一定差异.本文利用分子动力学方法,建立了羟基、羧基和环氧基等官能团随机分布的GO原子模型;通过单向拉伸模拟,分析了其断裂行为,结果表明,远离羟基和羧基的环氧基对断裂具有     

石墨烯裂纹扩展行为研究

基于分子动力学方法对含预制裂纹石墨烯进行扶手椅向拉伸断裂模拟.使用连续介质理论结合分子动力学计算石墨烯能量释放率,确定石墨烯能量释放率GIC为10.25 J/m2;应力强度因子K,c为3.33 MPa√m.进一步对影响石墨烯裂纹扩展速率的因素-初始裂纹长度与加载速率进行讨论.结果表明:裂纹初始长度与加载率会在一定程度上影响石墨烯中裂纹扩展速率.裂纹扩展速率会随着初始裂纹长度的增加而降低;但随着初始裂纹长度的增加,裂纹扩展速率对其敏感度降低.裂纹扩展速率会随着加载率的升高而增大.初始裂纹长度与加载率对裂纹扩展速率的影响有一定的关联性,加载率的升高会降低裂纹扩展速率对初始裂纹长度变化的敏感度.在此基础上确定了石墨烯中裂纹扩展极限速率为8350 m/s.     

多晶石墨烯拉伸力学性能及其影响因素的灵敏度分析

晶粒尺寸、温度和应变率等对纳米材料的力学性能有重要影响。本文通过分子动力学（MD）数值模拟,分析了不同晶粒尺寸多晶石墨烯在不同温度、拉伸应变率下的杨氏弹性模量、极限应力、极限应变等拉伸力学性能。结果表明,晶粒尺寸、温度和拉伸应变率对拉伸力学性能有较大影响。利用正交实验法,分别分析了杨氏弹性模量、极限应力和极限应变对晶粒尺寸、温度和拉伸应变率的敏感程度。结果表明,杨氏弹性模量和极限应力对影响因素的敏感程度由大到小依次为晶粒尺寸、温度和拉伸应变率;极限应变对影响因素的敏感程度由大到小依次为晶粒尺寸、拉伸应变率和温度。研究结果可为多晶石墨烯的理论研究和工程应用提供参考。     

单层肋环型圆顶静力特性及其影响因素分析

在MSC．Patran有限元软件中用梁单元建立单层肋环型圆顶的几何模型,对采用3种常用截面和不同数量约束的单层肋环型圆顶进行了静力学分析．根据分析的结果,计算出各截面尺寸对变形、应力的灵敏度．对分析结果和灵敏度进行比较得到影响单层肋环型圆顶静力性能的因素和影响程度．所得到的结论对该类圆顶的设计和优化提供依据．     

基于ANN 的碳纤维楠竹锚杆锚固力预测研究

为减小对文物本体的破坏,本文基于新疆某土遗址加固保护中碳纤维楠竹锚杆锚固力原位测试试验,考虑锚杆直径、长度、倾斜角以及灌浆体强度、孔径、碳纤维缠绕间距等锚固力影响因素,利用人工神经网络(artificial neural network, ANN) 的误差反向传播(back propagation, BP) 算法及MATLAB 人工神经网络工具箱,建立了锚固力预测的智能模型;并以原位测试所得的数据为学习样本和检验样本,验证了该方法的适用性和可行性. 将训练好的网络模型进行扩展计算,基于L₂₅(5⁶) 正交表试验理论分析了锚固力对各影响因素的敏感性,为同类加固工程的实际应用提供参考依据.