形状记忆合金椭圆孔口问题的有限单元法

基于Lagoudas形状记忆合金(SMA)三维本构模型,假设材料为各向同性,推导了SMA平面应力状态的增量型本构方程,继而编写了ABAQUS用户自定义材料(UMAT)子程序,研究了在双向拉伸情况下,外载荷、温度、椭圆孔口长短轴之比对超弹性SMA椭圆孔口板中应力诱发马氏体相变区的影响。数值结果表明:应力诱发马氏体相变首先发生在椭圆孔口长轴端点部位,在外加载荷作用下逐渐扩展到板内,并由内向外形成马氏体相区、相变混合区和奥氏体相区;SMA板内应力诱发马氏体完全相变区面积与施加外载荷成正相关,与温度成负相关;随着椭圆孔口长短轴之比增大,SMA板内应力诱发马氏体完全相变区面积呈现出先减小后增大的趋势;拉应力差值相同时,相较于拉应力沿椭圆孔口长轴方向较大的情况,当拉应力沿椭圆孔口短轴方向较大时,SMA板内完全相变区面积较大,椭圆孔口周边应力集中现象更明显。     

交变电场作用下骨表面温升的实验研究

骨具有力电性质,这一性质可促进骨组织生长。骨既是生理器官又是介电材料,在交变电场作用下,其表现行为可能有生理作用。为此,本文测量了骨悬臂梁试样在交变电场下的表面温升与顶端挠度。发现在电压70V,频率为10~70kHz的交流电场下,最大表面温升达到2~4℃,最大挠度变化为9.0~78.7μm;在频率10kHz,电压为70~175V的交流电场下,最大表面温升达到4~6℃,最大挠度变化为13.0~114.3μm。同时测量了两种经典介电材料有机玻璃和聚乙烯在交变电场下的温升与顶端挠度,最大温升低于0.5℃,但是挠度与骨试样相当,所以相对高温升是骨特有的性质。将交流电压有效值替换成相同幅值的直流电压时,最大温升也低于0.5℃,基本没有挠度变化,所以相对的高温升反映了骨的交流性质。分析后认为,骨在交变电场作用下的温升由胶原的介电损耗引起。实验数据显示,骨在交变电场下,表面温度变化与加载电压的平方成正比,且在实验加载的10~70kHz频段内,骨的介电常数随频率的变化明显。     

基于物理中面FGM板屈曲的有限元分析

基于物理中面的概念,根据最小势能原理推导了功能梯度材料FGM薄板屈曲的有限元控制方程,求得临界荷载的有限元解。利用FGM板的屈曲方程与参考均匀板的屈曲方程之间的相似性,建立了FGM板的临界荷载与参考均匀板的临界荷载之间的相似转换关系式,从而将FGM板临界荷载的计算转变为参考均匀板的临界荷载和材料不均匀系数的计算,极大地提高了计算效率,为FGM的推广起积极的推动作用。通过数值算例,将由有限元法和转换关系式得到的临界荷载进行了比较,并讨论了边界条件、荷载工况、材料组成和几何尺寸等对FGM板临界荷载的影响。     

悬链线竖向集中力作用下的构形分析和张力计算

目前,悬链线在竖向集中力和均布荷载共同作用下的构形分析和受力计算的理论仍不完善。针对这一问题,通过引入悬链线的几何约束方程、力平衡方程和超越方程,建立了竖向集中力与均布荷载共同作用下的非线性方程组。采用牛顿迭代法求解方程组,得到了悬链线的构形和受力情况。为了验证理论计算的正确性,进行了算例和试验验证。结果表明,算例的计算结果与文献结论保持一致,试验测得的构形和水平张力大小与理论计算的构形和水平张力大小吻合较好。本文的理论计算可以更加简单精确地计算出悬链线在竖向集中力和均布荷载共同作用下的构形和受力情况,为实际工程提供重要的理论指导。     

基于简单碰撞理论煤粉燃烧动力学模型的研究-PART Ⅲ:氧气可达比表面积

根据不同温度下氧分子平均自由程的大小,比较了小孔、中孔和大孔中三种扩散速率与煤焦表面燃烧速度的大小.研究表明2000 K以内,颗粒表面分子扩散速率比氧化反应速率大1个数量级以上,过度扩散速率不小于氧化速率.温度小于1200K时,燃烧速率比Knudsen扩散速率小1～5个数量级,扩散孔径小于15～28 nm,反应主要在内外表面进行;1200～1600K时,燃烧速率与Knudsen扩散速率相当,扩散临界孔径28～38 nm,反应在外表面及浅层内表面进行;温度1600K以上时,Knudsen扩散速率比燃烧速率小1个数量级,孔径38～50 nm以下内表面上碳的氧化速度受扩散控制.煤焦的氧化主要发生在Knudsen扩散临界孔径10～50 nm以上的氧气可达表面上.     

波纹壁面降膜过程的一种近似模型

对高粘度液体在正弦形波纹壁面上的自由降落和蒸发建立了分析模型。对控制微分方程及边界条件作无量纲处理,引入流函数,采用摄动展开得到了0级近似和一级近似的微分方程组,讨论了液膜的流动和传热特性与壁面之间的关系。     

PVT法氮化铝晶体铝面、氮面生长对比分析

在氮气环境下用PVT方法生长氮化铝过程中,氮面和铝面由于表面化学性质不同,生长的主要化学反应速度存在差异。原子在生长表面的迁移能力不同造成单晶表面生长方式差异较大。在基本相同条件下(生长温度、生长温差、生长气压、类似的籽晶、同一台生长设备)进行了铝、氮面氮化铝单晶晶体生长。为了更明显地表现铝氮面的差异,将同一片籽晶分为两半,翻转其中一半让铝氮面同时生长。铝面生长较好的区域形成了明显的晶畴,而氮面生长时生长较好的部分出现了明显的生长台阶,并出现了晶畴边界被生长台阶湮灭的生长现象,进一步通过AFM观测到铝面生长台阶平整但被缺陷所阻隔,晶畴发育明显为各晶畴独立生长。氮面生长台阶没有铝面规则但连续性较强,在原来晶畴边界位置也出现了连续的生长台阶(或台阶簇)。所以籽晶质量不高时氮面生长更容易提高晶体质量,后续的XRD测量结果也证明了氮面生长后的晶体质量明显高于铝面生长的晶体质量。     

西北太平洋表层沉积物地球化学特征及其物源指示意义

为深入了解西北太平洋表层沉积物地球化学特征及物质来源,对大洋40航次在西北太平洋马尔库斯-威克海山区采集的表层沉积物进行了全岩地球化学和黏土矿物测试分析。结果表明,研究区表层沉积物稀土元素（REE)平均质量分数为302.87×10^-6,北美页岩标准化稀土配分模式与黄土相似,并具Ce轻微负异常和Eu无异常特征。稀土配分模式、判别函数（discriminant functions,DF）、M/I（蒙脱石/伊利石）及涂片鉴定等结果指示沉积物物源具有多源性,主要为陆源风尘物质,并受海洋自生物质的强烈影响,海山玄武岩及其蚀变产物和硅质生物也有一定的贡献。研究区沉积物稀土特征既不同于边缘海沉积物,也有别于远洋沉积物,而与弧后盆地沉积物类似。结合1/δCe-LREE/HREE和LREE/HREE-Y/Ho判别图解结果,研究区沉积物物源结构属性应介于边缘海沉积物与远洋沉积物之间,为洋陆过渡区沉积。     

Optical Trapping with Focused Surface Waves

Near-field optical trapping can be realized with focused evanescent waves that are excited at the water–glass interface due to the total internal reflection, or with focused plasmonic waves excited on the water–gold interface. Herein, the performance of these two kinds of near-field optical trapping techniques is compared using the same optical microscope configuration. Experimental results show that only a single-micron polystyrene bead can be trapped by the focused evanescent waves, whereas many beads are simultaneously attracted to the center of the excited region by focused plasmonic waves. This difference in trapping behavior is analyzed from the electric field intensity distributions of these two kinds of focused surface waves and the difference in trapping behavior is attributed to photothermal effects due to the light absorption by the gold film.     

Lossy mode resonance-based uniform core tapered fiber optic sensor for sensitivity enhancement

A lossy mode resonance (LMR)-supported fiber optic sensor in which a uniform fiber core is placed among two identical tapered regions, is investigated numerically. Indium tin oxide (ITO) and aluminum-doped zinc oxide (AZO) are considered as LMR active materials used to excite several lossy modes and gold and silver are used as surface plasmon resonance (SPR) active materials. In this probe design, a central uniform core coated with ITO/AZO is the active sensing region, whereas tapered regions are meant for bringing the incident angle close to the critical angle. The sensitivity of the present fiber optic bio-sensor is evaluated for first two LMRs utilizing both ITO and AZO separately, along with its variation with the taper ratio (TR). For ITO, the maximum sensitivity values are observed to be 18.425 μm RIU⁻¹ (refractive index unit) and 0.825 μm RIU⁻¹, corresponding to the first and second LMRs, respectively, at a TR of 1.6 and for AZO, equivalent values are 0.79 μm RIU⁻¹ and 0.35 μm RIU⁻¹, respectively, at a TR of 2.0. The results illustrate that the first LMR is more sensitive than the second LMR and the ITO-coated probe possesses greater sensitivity than the AZO-coated probe for both LMRs. Similarly, for the fiber optic SPR sensor, the maximum value of sensitivity is 5.6425 μm RIU⁻¹, in the case of gold and 5.0615 μm RIU⁻¹ in the case of silver, at a TR of 1.6. Hence, the result shows that the sensor with the present fiber optic probe design has around a 3-fold enhancement in sensitivity compared with conventional SPR sensors. This study will have applications in many sensing schemes where the requirement of large sensitivity is vital.