基于离散元的杆件断裂全过程数值模拟

杆件的断裂会涉及到大变形、非线性以及不连续等问题,通常的数值计算方法模拟这种复杂力学行为具有局限性。本文基于颗粒离散元法DEM,将接触粘结处的分布式弹簧用梁纤维进行等效,提出了一种适于结构弹塑性分析的DEM纤维梁模型,然后在此基础上构建了构件断裂模拟算法以及纤维破环准则。将该模型应用于悬臂梁结构,模拟了悬臂梁从弹性到弹塑性阶段,再到断裂破坏的全过程,数值模拟得到的结构响应和截面开裂破坏形态均较合理。最后将该方法应用于单层网壳倒塌破坏模拟,并与网壳振动台倒塌试验进行对比,结果表明,数值模拟得到的杆件断裂过程及结构倒塌模式与试验现象一致,验证了该模型的正确性和适用性。     

GaN基紫光LED的高反射率p型欧姆接触

研究用于GaN基大功率倒装焊(Flip-chip)紫光LED(UV-LED)的高反射率p型欧姆接触的电学和光学性能。用磁控溅射的方法在GaN基LED外延片表面沉积了不同厚度Ag,Al,Au和Pd四种金属,测量了样品的反射率和透射率。结合同步辐射高强度X射线衍射和AFM对金属薄膜的晶体结构进行分析,并对表面形貌进行了观测,对由金属薄膜构成的多层膜结构及其对光反射率的作用机理进行了研究。测量结果表明,在入射光波长为400nm时,Ni/Au/Ag和Ni/Au/Al电极的反射率比Ni/Au的反射率提高了三倍。同时与p-GaN有良好的欧姆接触特性。     

高反射率p-GaN欧姆接触电极

根据光学薄膜原理计算了GaN/Ti/Ag、GaN/Al和GaN/Ni/Au/Ti/Ag、GaN/Ni/Au/Al多层电极结构的反射率,得出Ag基和Al基反射电极均能在全角范围内提供较高的反射率。实验测量结果表明,反射率能高于80%的Ag基反射电极,具有低欧姆接触的电学特性。并将GaN/Ni/Au/Ti/Ag多层反射电极应用在上下电极结构的GaN基LED中。实验上采用两步合金法获得了低接触电阻、高反射率的电极结构,并引入Ni/Au覆盖层克服了Ag高温时的团聚和氧化现象。解决了Ag电极的稳定性问题,显著地提高了LED的出光效率,成功制备了具有上下电极结构的GaN基LED管芯。     

基于氯化铯背接触处理优化硒化锑薄膜太阳电池性能

本文使用气相输运沉积的方式制备了硒化锑(Sb₂Se₃)薄膜太阳电池,并采用氯化铯(CsCl₂)溶液对器件上界面进行处理,同时对薄膜和器件进行了一系列表征。研究发现,CsCl₂溶液的背接触处理不仅可以提高器件的载流子收集以及降低上界面复合,还可以优化薄膜的结晶性、表面粗糙度和光电性能。基于FTO/CdS/Sb₂Se₃/CsCl₂/Au的器件结构,得到了转换效率为6.32%的高效Sb₂Se₃薄膜太阳电池,比基础器件效率提升了12%。本文的工作对Sb₂Se₃薄膜太阳电池未来的研究有一定的指导作用,其他同类型半导体光伏器件也可借鉴。     

毛细管电泳及芯片毛细管电泳的电容耦合非接触电导检测

综述了毛细管电泳(CE)及芯片毛细管电泳(MCE)的电容耦合非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity detection,C4D)的研究状况;并分别对其装置、检测的影响因素及其应用进行了评述。引用文献81篇。     

基于碰撞模型的斜坡滚石颗粒速度预测

滑坡滚石灾害是西部山区常见的地质灾害类型,具有突发性和随机性强的特点,是山区地质灾害预测和防治工作的重点和难点.本文基于颗粒接触理论,考虑影响斜坡滚石碰撞过程中的随机因素,建立了用于预测斜坡滚石颗粒碰撞后速度的理论模型.根据冲量及冲量矩定理建立滚石颗粒碰撞基本方程,得到斜坡滚石颗粒碰撞后反弹速度的解析解.结果表明:斜坡滚石碰撞后反弹速度的解析解包含了坡角、坡体上被碰颗粒速度以及角度、入射速度和角度以及撞击角度等随机因素;当考虑入射滚石颗粒与坡体上被碰颗粒的撞击角度变化时,模型预测结果与试验结果吻合较好;本文进一步预测了滚石颗粒碰撞后颗粒反弹线速度和角度以及反弹旋转角速度的概率分布情况.结果显示,反弹颗粒速度和角度以及反弹旋转角速度的概率分布均服从高斯分布;当坡体上被碰颗粒速度和坡角发生变化时,其对反弹颗粒速度和角度以及反弹旋转角速度概率分布定性上没有影响,但是对概率分布的中心参数有显著影响.     

690合金传热管在不同摩擦副条件下的微动磨损性能研究

采用MFF-3000电磁振动微动疲劳与磨损试验机,研究两种抗振条材料(退火405不锈钢和淬火回火06Cr13)对690合金传热管的微动磨损性能的影响,试验采用块/管线接触方式,即线接触. 试验结束后,采用OM、SEM、EDX和EPMA和三维光学显微镜对磨痕微观形貌和成分等进行分析,对比分析两种摩擦副的微动摩擦行为. 结果表明:当配副材料为405不锈钢时,690合金的磨损相对严重;工况相同时,06Cr13的磨损比405不锈钢严重,且405不锈钢的磨屑尺寸较小,06Cr13磨痕表面存在大量的剥层裂纹. 随着温度增加,磨屑增加,氧化程度加剧,磨损加剧,主要的磨损机制为磨粒磨损和剥层.      

基于三维接触有限元分析的管片等效抗弯刚度和错台研究

针对盾构隧道管片接头等效抗弯刚度预测研究中,对梁-弹簧与三维模型整体等效性考虑的不充分,以三维接触有限元计算结果作为测量信息,借助基于挠度等效的反问题求解,提出了一种确定管片接头等效抗弯刚度的新方法;并利用不同轴力-偏心距组合下的反演结果,建立了基于Kriging代理模型的轴力-弯矩-等效抗弯刚度的非线性关系,提出了由此关联的管片结构非线性问题的数值求解方法。与三维有限元结果相比,所提方法可较为准确地预测管片结构的内力和变形,表现出良好的整体等效性。此外,借助三维接触有限元分析,进一步深入探讨了螺栓孔间隙与衬垫本构关系对管片纵向错台量的影响。     

黏弹性接触界面端附近的奇异应力场

研究蠕变加载条件下线黏弹性材料接触界面端附近的奇异应力场问题.考虑接触界面的摩擦,假设界面端的滑移方向不改变,相对滑移量微小,且其与位移同量级,由此线性化局部边界条件,根据对应原理得到Laplace变换域中的界面端应力场,导出时域中奇异应力场的卷积积分表达式.对卷积积分核函数进行数值反演,考虑接触材料的两类组合,一是持久模量具有量级上的差异,另一是持久模量接近相同.算例结果证实核函数可以用准弹性法求得的解析式较准确地近似.在此基础上,利用积分中值定理,并引入各应力分量的修正系数,得到黏弹性奇异应力场的简化式.结合核函数的数值反演结果分析修正系数表达式的取值范围,得到如下结论,若两相接触材料的持久模量相差很大,可以采用准弹性解的解析式较准确地描述界面端的奇异应力场;一般情况下,应力场不存在统一的奇异值和应力强度系数,当采用类似于准弹性解的表达式近似给出黏弹性应力场时,可以估计此近似描述的误差限.文中最后采用有限元分析黏弹性板端部嵌入部位的应力场,算例包括了黏弹性板与弹性金属支承、黏弹性板与黏弹性垫层所形成的滑移接触界面端,利用黏弹性有限元的数值结果验证理论分析所得结论的有效性.      

颗粒材料三维应力路径下的接触组构特性

颗粒材料的宏观应力变形特征与其微观接触力、组构等紧密相关.一般而言,强接触系统属于颗粒内部体系的传力结构,其对应的组构张量是影响宏观应力性质的重要因素.细观数值方法(如离散单元法)能够反映物理试验的基本规律,并且可以方便地提取宏微观数据来研究颗粒体系的应力变形机制.采用离散单元法(discrete element method,DEM)进行一系列等$p$等$b$应力路径下颗粒材料的真三轴试验,在此基础上研究了三维应力路径下颗粒材料的宏微观力学参数的演化过程、三维组构张量与应力张量多重联系以及强接触体系反映的宏观应力特征.研究表明:颗粒体系偏应力峰值状态和临界状态均存在与加载路径无关的宏微观特征;三维应力路径下组构张量与应力张量存在非共轴性,但其联合不变量演化过程表现出加载路径无关的特征;与弱接触系统的组构张量相比,强接触系统的组构张量更能反映宏观应力张量的特征;强弱接触体系的组构张量对颗粒体系宏观响应的贡献不同,其分界点存在一定取值范围,但采用平均接触力较为简单合理.