第49届国际化学奥林匹克试题(理论部分)(二)

正第6题总分的6%第6题:铁Fe在地壳中丰度占第4位,其使用已经超过5000年。A部分纯铁极易氧化,限制了它的应用。X元素是铁合金中的一种元素,可以改善铁的防锈性能。6-A1)X元素具有以下性质:(1)第一级电离可失去一个量子数为     

求解Riesz空间分数阶扩散方程的一种新的数值方法

本文利用Diethelm方法构造了一种逼近Riesz空间分数阶导数的O（△x^3-α）格式,其中1 < α < 2,△x是空间步长.进一步对一阶时间导数采用Crank-Nicolson方法离散,得到了求解Riesz空间分数阶扩散方程的一种新的有限差分格式,并用矩阵方法证明了稳定性和收敛性,其误差估计为O（△t²+△x^3-α）,其中△t为时间步长.最后,数值算例验证了差分格式的正确性和有效性.     

有机玻璃力学性能的研究现状

有机玻璃作为飞机风挡与舱盖的主要材料,对其力学性能研究尤为重要.综述了国内外学者对有机玻璃力学性能的研究现状:在理论方面,总结了目前对有机玻璃的黏弹性、非弹性、屈服应力与模量-温度关系等本构模型的成果;在实验方面,阐述了近年以准静态、动态及断裂实验为主的研究;在模拟方面,举例说明在分子模拟和有限元模拟中的应用.最后指出了有机玻璃在力学研究方面的发展方向.     

双激励纵弯耦合宽带复合棒水声换能器

为研究进一步拓宽双激励复合棒水声换能器的工作带宽方法。利用等效电路法和有限元方法研究了双激励换能器的振动模态,分析了中间质量块的材料、长度对换能器发射电压响应的影响,提出结合较低工作频段的纵向振动和较高工作频段的纵向振动与径向振动耦合引起的弯曲振动进一步展宽带工作频带的方法。根据优化参数后的仿真模型制作的样品工作频带为14 kHz～47 kHz。采用这种纵弯振动模态耦合的方法可以有效拓宽双激励宽复合棒换能器的工作带宽。     

虚阴极振荡器中束流质量影响的粒子模拟

 采用二维半全电磁PIC程序对轴向提取反馈式虚阴极振荡器中束流质量影响进行了模拟研究。结果表明：上凸前沿可使虚阴极振荡器达到饱和振荡的时间缩短，束脉冲前沿对微波饱和功率基本无影响；束流脉宽应大于16ns；当能散度为5%时，束波转换效率从单能束时的3.8%降至1.5%；束流质量（除能散度外）对微波频率基本上没有影响。     

含棉冰材料在低应变率下的抗压性能

航空飞行器在飞行过程中不可避免地受到冰雹冲击的威胁,严重危害航空器的飞行安全。目前,天然冰材料的冲击特性尚不明确,为此,依据ASTM F320-21标准《航空与航天透明外壳冰撞测试》,研究了不同应变率下天然冰材料的力学性能。天然冰相对于人工冰雹具有密度低、强度高的特点,结合冰雹制备标准,制备了含棉纤维质量分数为0、3%、6%、12%的冰柱试样。利用万能试验机对冰试样进行应变率分别为10^-4、10^-3、10^-2 s^-1的压缩实验,分析了棉纤维质量分数与应变率对冰试样压缩力学性能的影响,以及破坏形式与临界应变能密度的关系。结果表明：透明冰在应变率约为10^-3 s^-1时由韧性向脆性转化,且添加棉纤维有助于提高冰的压缩屈服强度,在压缩过程中表现出“裂而不碎”的现象;在准静态压缩下,两种冰模型破坏时转化为裂纹表面能所需的能量均比转化为塑性能所需的能量更少。     

混凝土三维细观模型的建模方法与力学特性分析

根据混凝土材料的细观组成和结构特点,基于三维Voronoi图形提出了一种简单高效的混凝土细观模型生成方法,利用塑性损伤模型对该细观模型进行了单、多轴应力状态下的准静态分析以及SHPB动态有限元分析。结果表明,数值模拟得到的应力应变曲线和破坏模式与实验结果基本吻合,本文中提出的混凝土三维细观模型可较好地模拟混凝土的静、动态力学特性,为进一步从细观力学角度研究混凝土损伤演化规律和破坏机理提供了模型基础。     

AlCrFeCuNi高熵合金力学性能的分子动力学模拟

高熵合金具有传统合金无法比拟的高强度、高硬度和高耐磨耐腐蚀性,具有广阔的应用前景。为研究AlCrFeCuNi高熵合金(High entropy alloy,HEA)在轴向载荷作用下的力学性能,采用分子动力学方法,模拟高熵合金的实验制备过程并建立原子模型,研究温度和Al的含量对AlCrFeCuNi高熵合金力学性能的影响,从材料学角度分析了变形过程及其具有高塑性的原因。模拟结果表明,AlCrFeCuNi高熵合金在拉伸载荷作用下依次经历弹性、屈服、塑性3个变形阶段。在屈服阶段,开始出现孪晶和层错,孪晶和层错的产生和生长是合金产生不均匀塑性变形的主要原因之一。高熵合金的杨氏模量和屈服应力随着Al含量的增加近似线性降低,同时具有很强的温度效应,温度越低,Al含量越小,其杨氏模量和屈服应力的下降幅度越大。     

新的液晶性壳聚糖衍生物——氰乙基壳聚糖的合成与表征

甲壳素是自然界蕴藏量最丰富的天然高分子化合物之一,但人们对它的了解却远不如纤维素和淀粉.仅就液晶领域而言,纤维素衍生物的液晶性早已为人们所认识,例如氰乙基纤维素的液晶性已有很多研究.     

有机锡化合物结构与电极性能的构效关系研究

系统研究了三类有机锡化合物的阴离子响应行为。结果表明,有机锡化合物的结构与电极响应行为之间呈现出非常密切的构效关系。三类有机锡化合物对水杨酸根离子均呈现出选择性的电位响应性能,其中四配位有机锡化合物对水杨酸根离子呈现近nernst响应,而五、六配位有机锡化合物对水杨酸根离子均呈现超nernst响应。更重要的是,载体中心原子上正电荷密度对电极响应性能有很大影响。随着与锡原子相连的有机基团性质的变化,载体对水杨酸根离子的电位响应性能和选择性均发生规律性的变化,通过hammett常数定性地描述了载体结构与电极性能的构效关系。同时,通过交流阻抗、膜红外光谱等技术对电极响应机制作了初步探讨,并对超nernst现象和六配位有机锡化合物的响应行为进行了解释。