基于降阶均匀化理论的混凝土双尺度力学性能分析

混凝土材料细观特性对宏观力学性能有着重要影响。为进一步分析混凝土细观特性对宏观力学行为的影响规律,将混凝土材料简化为由骨料、砂浆和界面三相组成,编制了随机凸多面体骨料生成、投放和网格剖分算法,建立可用于有限元计算的满足级配要求的随机细观模型。针对直接使用细观力学模型计算量较大的问题,采用降阶均匀化理论,对混凝土细观胞元模型进行预处理并编制了相应的双尺度计算程序。对不同强度混凝土进行了单轴静态压缩双尺度计算,与实验数据和细观力学模拟结果符合较好。研究表明,降阶均匀化理论在加快求解速度的同时具有较高的精度,可以用于混凝土的多尺度力学性能分析。     

大麻二酚纳米结构脂质载体的制备及其性质研究

通过高压均质法制备包载大麻二酚(CBD)的纳米结构脂质载体(CBD-NLC),并考察其载药量、包封率、平均粒径、Zeta电位、长期储存稳定性等物理化学性质,筛选获得CBD-NLC最佳配方。在优化条件下制备的CBD-NLC平均粒径为163.7±1.3nm,多分散性指数(PDI)为0.14±0.02,包封率和载药量分别为95.5±1.0%和9.8±0.1%。通过透射电镜、傅里叶变换红外光谱、差示量热扫描、X射线衍射对CBD-NLC进行表征,结果表明,CBD被很好地负载在NLC中,CBD-NLC主要为球形结构。与文献报道相比,纳米结构脂质载体能够包载CBD,具有较好的载药量和包封率,可解决CBD的溶解性及稳定性问题,提高CBD的有效利用度。制备的CBD-NLC可用去离子水以任意比例稀释,具有良好的稳定性,便于其在医药产品中的应用。     

基于均匀化理论的页岩微观多孔黏土强度特性

页岩强度是页岩油气开发所必需的基础技术参数之一,对页岩强度的研究贯穿于钻完井、压裂工艺施工的全过程.常规宏观室内实验存在试样获取困难、耗时较长,受井下工矿制约,地球物理方法获取资料品质欠佳且增加了井下设备卡、埋风险.因此,提出基于均匀化理论评价页岩微观多孔黏土强度的方法,进行多孔黏土组成与力学分析.基于耗散能原理和Drucker-Prager准则,开展了微观多孔黏土的强度与$\pi$函数的应变求解分析;讨论黏土颗粒与粒间孔隙的力学特性,建立多孔黏土的均匀化应变能;采用强度均匀化理论构建微观非线性函数模型,建立与多孔黏土组成、摩擦系数、内聚系数等参数相关的均匀化函数模型;基于纳米力学实验、量纲分析和有限元模拟,分析多孔黏土硬度、强度与组成的内在关系.研究结果表明,页岩微观多孔黏土的弹性模量和硬度与黏土堆积密度正相关,当黏土堆积密度一定时,硬度与内聚系数的比值受摩擦系数影响较大,为非线性递增;通过量纲分析和有限元模拟,求解页岩微观多孔黏土关于硬度--强度--堆积密度的$\pi$函数,揭示页岩微观黏土矿物的组成与力学性质的关系,为进一步深入研究页岩细观强度参数和宏观强度预测奠定基础.      

类桁架夹层板的等效弹性常数研究

从应变能等效出发,将具有周期性分布的夹层板的类桁架夹芯与各向异性连续材料等效,给出了相应的宏观等效弹性常数,进而用有限元方法计算了实际夹层板和等效夹层板的结构响应,用一个算例证明了该文方法的有效性.通过对类桁架夹芯的等效弹性常数的计算,结果表明该文方法可以得到较为准确的等效弹性常数,且较其它类型的均匀化方法大大降低了计算量.     

多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展

简要介绍了多尺度方法的分类及各自的适用范围,重点阐述了主要的多尺度分析方法------均匀化理论,详细论述了多尺度分析方法在纤维增强复合材料弹性、黏弹性、塑性、失效退化、热力学等力学性能中的研究进展,最后对多尺度分析方法的前景进行了展望.      

TEM Investigation of Stacking Faults in the Superconducting Compound YNi2B2C

To evaluate the influence of composition and high-temperature heat treatment on the occurrence of stacking faults and intergrowths in the layered superconducting compound YNi₂B₂C a series of polycrystalline samples and a single crystal were investigated by TEM. Stacking faults were found in the most inhomogeneous sample only, which was annealed at 1100°C. Homogenisation at temperatures of 1450°C and higher results in a recovery of stacking faults. The observed faults should develop during crystallisation by formation of extra planes of YC or Ni₂B, resulting in a local deviation from the stoichiometric composition. In highly faulted areas the distance of stacking faults was about 50nm. These faults have apparently no influence on the superconduction transition temperature T_c.     

一种可溶性卟啉MOF的微波辅助合成及其光催化性能

传统水热法合成的金属有机框架（MOFs）普遍是颗粒尺寸较大的粉末材料，作为多相催化剂虽然便于回收利用，但在液相反应中会存在分散性差、传质阻力大、可接触活性位少的缺点，对催化活性有不利影响.若将MOF多相催化剂均相化，则可兼备均相和多相催化剂的优势.本工作采用了微波辅助合成法成功制备了一种可溶性的卟啉MOF，记为S-Al-PMOF.相比于传统水热法合成Bulk-Al-PMOF需要180℃反应16 h，微波辅助合成法只需140℃反应30 min，更加简单高效.S-Al-PMOF经超声分散可完全溶于乙腈形成澄清的胶体溶液，并且能够一直保持澄清状态而不会聚沉，而Bulk-Al-PMOF分散在溶剂中只能形成悬浊液且很快便会沉降.与此同时，S-Al-PMOF可通过抽滤法从溶液中分离出来，再次超声分散于新的溶剂中则又可以重新形成澄清的胶体溶液，此过程可以重复多次，证明其具有多相催化剂便于分离回收的优势.作为卟啉类MOF，Al-PMOF具有优异的敏光能力，为了验证其同时具备均相和多相催化剂的优势，引入Pd作为共催化剂，测试了S-Al-PMOF在液相光催化分解水制氢反应中的催化性能，并与Bulk-Al-PMOF进行了对比.结果显示，由于能完全溶于液相反应体系，S-Al-PMOF的光催化制氢活性约为Bulk-Al-PMOF活性的14倍，且S-Al-PMOF可以通过抽滤后再溶解分散的方式回收利用，在三轮循环反应的测试中，S-Al-PMOF的活性可以很好地维持.本工作成功实现了可溶性MOF催化剂的制备，为MOF多相催化剂的均相化提供了一种新的思路.     

Homogenization of degenerate coupled transport processes in porous media with memory terms

In this paper, we establish a homogenization result for a doubly nonlinear parabolic system arising from the hygro‐thermo‐chemical processes in porous media taking into account memory phenomena. We present a mesoscale model of the composite (heterogeneous) material where each component is considered as a porous system and the voids of the skeleton are partially saturated with liquid water. It is shown that the solution of the mesoscale problem is two‐scale convergent to that of the upscaled problem as the spatial parameter goes to zero.     

Applications of periodic unfolding on manifolds

Abstract

We show how the newly developed method of periodic unfolding on Riemannian manifolds can be applied to PDE problems: we consider the homogenization of an elliptic model problem. In the limit, we obtain a generalization of the well-known limit- and cell-problem. By constructing an equivalence relation of atlases, one can show the invariance of the limit problem with respect to this equivalence relation. This implies e.g. that the homogenization limit is independent of change of coordinates or scalings of the reference cell. These type of problems emerge for example when modeling surface diffusion and reactions in heterogeneous catalysts, or in processes involved in crystal formation.     

热力耦合问题数学均匀化方法的计算精度

针对复合材料周期结构热力耦合问题,推导了数学均匀化方法(MHM)各阶摄动位移的全解耦格式和各阶影响函数控制方程,并使用加权残量方法将其转化为易于编程计算的有限元列式.在解耦格式中,各阶摄动位移是相应阶次的影响函数和宏观场导数的乘积,即影响函数和宏观场导数的计算精度共同决定摄动项的精度,其中影响函数的计算精度取决于单胞边界条件选取的适用性.针对2D复合材料周期结构静力学问题,使用超单胞边界条件和微分求积有限单元法,分别提高了影响函数和宏观场导数的求解精度.在此基础上,研究了高阶展开项对MHM真实位移精度的影响,确定了二阶摄动项的必要性.最后应用最小势能原理评估了各阶摄动MHM的计算精度,数值比较结果验证了结论的正确性.