高温退火一步非破坏性纯化碳纳米管

针对催化化学气相法合成的碳纳米管含有金属、金属氧化物和碳杂质, 且缺陷较多进行了非破坏性纯化研究. 基于碳纳米管与碳杂质间结构、性质的微小差异, 1800 ℃使粗制的碳纳米管高温退火3 h, 为避免碳纳米管氧化, 高温退火过程在氩气气氛中完成. 运用扫描电镜、透射电镜观察碳纳米管的形貌和结构, 发现高温退火后, 碳纳米管的端帽大部分被打开. 能谱检测显示, 粗制的碳纳米管中的杂质(Al, Si, Ni, Cu 质量分数w分别为4.67%, 0.27%, 40.12%和1.34%)退火后被除去. 拉曼分析表明, 退火前后石墨D, G峰面积S_D, S_G分别从1314900降至474921, 767157降至566292, 退火不仅有效地去除了样品中的碳杂质, 而且使碳纳米管的缺陷得到一定程度的修复, 石墨化度随之大大提高. 研究提出了一种简单的、非破坏性的、便于规模化的纯化方法.     

流固耦合破坏分析的多分辨率PD-SPH方法

流固耦合破坏是一类涉及结构变形与破坏以及复杂自由表面现象的强非线性力学问题.结合近场动力学(peridynamics, PD)与光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)各自的优势并考虑其计算效率问题,提出一种适用于分析流-固耦合破坏问题的多分辨率PD-SPH混合方法.分别采用SPH和PD方法以不同的空间和时间分辨率对流体和结构进行离散与求解,利用具有与流体粒子相同光滑长度的虚粒子处理流-固界面,以高精度满足界面边界条件.通过两个经典算例:液柱静压力下弹性板的变形和溃坝流体冲击弹性闸门的变形问题,表明提出的多分辨率PD-SPH方法兼具较高的计算精度和计算效率;对含裂缝的Koyna重力坝水力劈裂问题进行模拟计算,所得裂缝扩展路径与文献结果吻合,说明该方法适用于涉及结构破坏的流固耦合问题仿真.最后尝试采用该方法进行流体冲击作用下含裂纹混凝土板崩塌过程数值仿真,准确描述混凝土板的断裂破坏和全过程中的流体运动.多分辨率PD-SPH混合方法或可为流-固耦合作用下的结构损伤破坏仿真提供一种新选择.     

煤岩组合体巴西劈裂动态力学特征数值分析

为探究冲击荷载条件下煤岩组合工程体的动力学响应特征,通过室内试验测得单一煤、岩的基本力学参数,为煤、岩体HJC模型材料参数的选取提供依据。在材料模型有效性验证的基础上,采用LS-DYNA显式动力学软件研究了不同冲击荷载、冲击方向及加载角度条件下煤岩组合体动态劈裂过程中的应力波传播规律、变形破坏过程及破坏特征。结果表明：(1)在不同冲击方向作用下,R-C与C-R组合体的应力波波形基本相同,但应力幅值略有差异,对比发现入射波幅值基本相等,但R-C组合体的反射波幅值偏大,透射波应力幅值偏小,随着冲击荷载的增大,差异性逐渐减小;(2)在不同冲击荷载作用下,煤岩组合体在劈裂过程中以煤体部分破坏为主,且组合体中煤体部分总是在交界面远处先产生宏观裂隙,而岩体部分则多在交界面近处先起裂破坏;(3)当冲击荷载较小时,C-R与R-C组合体的破坏形态基本相同,以拉伸、剪切破坏为主,随着冲击荷载的增大,组合体的破坏程度加剧,破坏形态的差异性也更明显;(4)提出了一种以单元损伤失效数量为评价指标的方法来定量分析组合体的破碎程度,从数据的变化规律发现,组合体在加载角度为45°时破坏最剧烈。     

基于拉断的Mohr–Coulomb破坏准则的钢筋混凝土框架柱倒塌失效模式研究

为研究钢筋混凝土框架柱塑性铰区的具体破坏形式,本文基于拉断的Mohr–Coulomb破坏准则提出了水平与竖向载荷共同作用下钢筋混凝土框架柱的五种倒塌失效模式,通过高宽比、轴压比等结构参数作为主要影响因素推导、界定了其中三种典型失效模式的发生条件、分布情况,并得知失效模式b是钢筋混凝土框架柱最常见的倒塌失效模式,最后通过...     

利用Langmuir-Blodgett技术构筑表面微结构的方法

由于表面纳/微结构在微电子和生物学等领域有着广泛的应用前景,其构筑方法引起了人们越来越多的关注。目前已经发展出了多种表面纳/微结构的构筑方法,然而在大面积上构筑表面结构仍然是一个非常重要的研究课题。自组装技术作为一种无模板的构筑方法,在这方面发挥了重要作用。本文着重介绍了近年来利用Langmuir-Blodgett（LB）技术在表面图案化中的应用。文中介绍了纳/微米级条带结构、岛状结构及纳米线状结构的构筑方法,其中条带结构的形成方向可以平行或垂直LB膜的转移方向。这些结构的构筑不仅可以用传统的两亲性分子,还可以用纳米粒子和纳米线等作为构筑材料。同时简单介绍了以LB技术构筑的表面纳/微米级结构在不同领域中的应用。     

材料力学性能退化的超声无损检测与评价

材料性能退化总是伴随着某种形式的材料非线性力学行为, 从而引起超声波传播的非线性, 即高频谐波的产生.基于此,材料和结构的超声无损检测与主人技术发展成起来.首先介绍固体介质内的非线性超声波动方程的基础, 并综述了利用超声波传播的非线性特性对结构材料和粘结面的力学性能退化进行无损检测与评价的研究进展.之后对材料在疲劳、拉伸以及蠕变载荷作用下, 其力学性能退化进行超声无损检测与评价的试验研究进行了介绍;综述了超声波传播非线性的机理研究, 以及利用超声波对粘结面的粘结强度及其力学性能退化评估所开展的研究. 最后指出了今后该领域需要进一步研究的问题.      

深部岩体圆形巷道围岩松动圈形成机理数值试验研究

采用损伤力学和统计理论的单元本构模型,探讨深部岩体巷道围岩破坏规律, 利用岩石破裂过程分析软件RFPA$^{\rm 2D}$, 对深部 岩体中的圆形巷道的变形及非线性渐进破坏特征、巷道周边关键部位的位移和应力变化进行 了分析,研究了圆形巷道围岩松动圈的形成机理. 研究表明：巷道开挖后,其周边形成应力 集中带,随着围岩压力的持续作用,巷道周边产生塑性变形区,并沿径向形成裂纹;随着裂 纹的不断扩展,巷道周边出现松动破裂区,即松动圈. 产生破裂区后,应力集中程度减弱, 应力高峰点向远处转移.     

混凝土板的冲切强度

基于混凝土强度的试验资料,首先建立了合理描述混凝土强度破坏特性的Lade-Duncan破坏准则,并将该Lade-Duncan破坏准则转化为等效的Mohr-Coulomb破坏准则.依据塑性上限分析理论和合理的混凝土板冲切强度破坏模式,求出了圆形和矩形分布荷载下混凝土板冲切强度的统一表达式.通过与已发表的研究成果、试验结果和规范公式相比较,论证了本文给出的混凝土板冲切强度公式的合理性.     

填药柱壳在内部爆炸载荷下的变形和破坏

采用一种计及三轴因子的损伤模型,以本构关系的内变量理论为基础得到了热塑性本构关系的普适显武表达式;得到了改进的Johnson-Cook本构模型的增量形式; 考虑温度和损伤对材料参数的影响,计入温度和损伤对材料塑性变形发展的耦合作用,给出完备的计算方程组;用Lagrange显示差分的方法对填药柱壳在内部爆炸载荷下的变形和破坏进行了数值模拟,并对结果进行分析,与实验结果进行了比较.     

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针对红透山深部断层下巷道围岩破坏诱发的涌水现象,以该矿水文地质条件 为基础,建立了岩体水力学模型,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统 (RFPA$^{\rm 2D}$-Flow)模拟研究了深部断层下巷道围岩破坏过程：裂隙形成、扩展到突水通 道最终贯通形成涌水的全过程. 通过对损伤区分布、应力场和渗流场的演化规律进行分析, 揭示了巷道应力重新分布诱发损伤及渗流涌水规律,对涌水通道进行模拟定位,为红透山铜 矿深部巷道支护防渗设计提供了科学依据.