硝基胍标准物质的制备及其均匀性和稳定性研究

以工业品硝基胍为基体,经热过滤、重结晶、低沸点溶剂煮洗、真空干燥、平衡水分等步骤,制备了硝基胍标准物质。采用高效液相色谱法测试了主体成分含量,对制备的标准物质进行了均匀性初检,并采用方差分析法进行均匀性、稳定性评价。实验结果表明,硝基胍标准物质纯度为99.89%,均匀性良好,稳定性在1年以上,已达到标准物质的技术指标要求。     

SURFACE STRESS EFFECT IN MECHANICS OF NANOSTRUCTURED MATERIALS

This review article summarizes the advances in the surface stress effect in mechanics of nanostructured elements,including nanoparticles,nanowires,nanobeams,and nanofilms,and heterogeneous materials containing nanoscale inhomogeneities.It begins with the fundamental formulations of surface mechanics of solids,including the definition of surface stress as a surface excess quantity,the surface constitutive relations,and the surface equilibrium equations.Then,it depicts some theoretical and experimental studies of the mechanical properties of nanostructured elements,as well as the static and dynamic behaviour of cantilever sensors caused by the surface stress which is influenced by adsorption.Afterwards,the article gives a summary of the analytical elasto-static and dynamic solutions of a single as well as multiple inhomogeneities embedded in a matrix with the interface stress prevailing.The effect of surface elasticity on the diffraction of elastic waves is elucidated.Due to the difficulties in the analytical solution of inhomogeneities of complex shapes and configurations,finite element approaches have been developed for heterogeneous materials with the surface stress.Surface stress and surface energy are inherently related to crack propagation and the stress field in the vicinity of crack tips.The solutions of crack problems taking into account surface stress effects are also included.Predicting the effective elastic and plastic responses of heterogeneous materials while taking into account surface and interface stresses has received much attention.The advances in this topic are inevitably delineated.Mechanics of rough surfaces appears to deserve special attention due to its theoretical and practical implications.Some most recent work is reviewed.Finally,some challenges are pointed out.They include the characterization of surfaces and interfaces of real nanomaterials,experimental measurements and verification of mechanical parameters of complex surfaces,and the effects of the physical and chemical processes on the surface properties,etc.     

含非均匀界面相粒子填充复合材料的有效比热

基于细观力学复合球模型研究了含非均匀界面相粒子填充复合材料的有效热弹性性质,重点讨论了界面相性质的径向分布对有效比热的影响. 首先,将非均匀界面相沿径向离散为多个同心球壳,每个球壳内的材料性质假设是均匀的. 基于上述离散模型,利用含界面相的复合球模型,推导了复合材料的有效体积模量、有效热膨胀系数及有效比热的数值求解表达式;进一步,假设界面相的性质沿径向连续变化,建立了一组微分方程,上述有效性质依赖于该微分方程组的解. 特别地,当界面相杨氏模量为幂次分布时,通过求解该微分方程组得到了有效比热等热弹性性质的解析解. 算例结果表明,应用此方法预测的有效热膨胀系数与实验结果吻合良好;界面相热膨胀系数的径向分布对有效比热和有效热膨胀系数均有显著的影响,而界面相弹性模量的径向分布对有效比热有显著的影响,对有效热膨胀系数的影响相对较小.      

考虑Steigmann-Ogden表面的微纳米圆柱解析模型

基于Steigmann-Ogden（S-O）表面理论,研究了圆柱形微纳米材料在轴向对压荷载作用下的力学性能。利用级数展开求解材料内部的弹性控制方程,获得了考虑表面效应时的域内解析表达式。当所得结果忽略表面弯曲参数时可退化为Gurtin-Murdoch（G-M）表面模型。用文献中有限元数值结果对本理论进行退化验证,结果得到良好一致性。在此基础上,讨论了表面弯曲参数和圆柱尺寸大小对材料特性的影响。结果显示：考虑了表面弯曲效应的S-O模型和G-M模型在应力分布中有很大的不同。另外,随着圆柱尺寸的减小,其表面效应对材料的力学特性的影响逐渐增大。     

不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发，提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中，单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化，以体现材料的随机不均质性，材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流，损伤耦合迭代来实现。算例表明，该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下，微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响，非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同，裂纹扩展路径不规则发展，模拟结果和实验结果较为一致。     

单向纤维复合材料粘弹性性能预测

建立了基于均匀化理论的单向纤维复合材料粘弹性性能预测方法。对单向纤维增强复合材料粘弹性问题的控制方程进行Laplace变换,在像空间中利用均匀化理论建立宏观松弛模量的Laplace变换与微结构描述参数以及变换参数间的关系。用Prony级数模拟松弛模量随变换参数的变化形式,并根据像空间中一系列变换参数对应的松弛模量的数值,采用函数拟合技术确定Prony级数的形式,从而确定用显示形式表示的松弛模量的Laplace变换随变换参数的变化规律。对显式表达式的逆变换获得时间域内的松弛模量。该方法利用拟合函数的逆变换避开了复杂的数值Laplace逆变换,使单向纤维增强复合材料的粘弹性性能的确定变得容易。文中给出了单向纤维复合材料松弛模量的数值预测结果并同有限元法模拟试验的结果对比,验证了预测结果的准确性以及本文方法的有效性。     

非均质问题中的无网格边界单元法

介绍了一种不需要内部网格计算非均匀介质问题的边界元算法.该算法是建立在一种能将任何区域积分转换成边界积分的径向积分转换法基础上,首先用对应各向同性问题的基本解来建立以正规化位移表示的非均质问题的积分方程,然后用径向积分转换法将出现在积分方程中的区域积分转换成边界积分,从而形成不需要使用内部网格来计算区域积分的纯边界元算法.与其它无网格法相比,此方法需要很少的内部点,有些问题甚至不需要内部点都能得到满意的结果,因此,可以计算大型的三维非均匀介质工程问题.由于此方法继承了边界元和无网格算法的优点,因而具有广阔的发展前景.     

旋涂法制备掺杂BiOX薄膜及光催化性能研究

采用旋涂的方法在基底材料表面原位生长BiOX(X=C1、Br、I)薄膜材料.样品的晶体结构和光学性质等通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)进行了表征.结果表明旋涂法制备的BiOX薄膜是纯净的,无其他杂质,均匀性好.通过对BiOX薄膜材料的光催化性能和瞬态表面光电压技术(TPV)进行了研究,发现卤素掺杂的BiOBr0.48I052具有较好的光催化性能.其结果表明催化性能提高的原因可能是BiOBr0.48I0.52薄膜在光照下可以产生更强的光生载流子并具有更长的光生载流子寿命.     

镁合金晶体塑性本构模型与非均匀孪生变形分析

微结构演化对镁合金材料力学性能有着显著的影响,为了揭示镁合金宏观塑性各向异性特性与非均匀孪生变形的关系,开展了不同路径下的单轴加载试验以及采用含滑移、孪生机制的晶体塑性本构模型对试验条件下的镁合金变形行为进行数值模拟研究。文中本构模型描述了滑移与孪生变形机制以及晶格转动的机制,同时研究采用三维微结构代表性有限元模型,其包含晶粒尺寸、晶向和晶界倾角等微结构参数。研究结果表明,轧制镁合金具有强烈的宏观塑性各向异性行为,并对这种镁合金塑性各向异性行为的模拟结果以及多晶织构的模拟演化结果与试验测量进行对比,结果都基本吻合。对孪生非均匀变形模拟分析表明,镁合金宏观塑性各向异性行为与滑移、孪生变形机制的不同启动组合紧密相关,同时多晶体内应力的非均匀分布受到孪生变形的严重影响。而不同晶粒尺寸的晶粒所发生的孪生变形有比较大的差异,造成孪晶变体在晶粒内的分布极不均匀。本研究可为通过微结构的合理配置来设计和控制材料的力学性能提供理论依据.     

基于XFEM与自适应网格的非均质材料裂纹扩展模拟

针对含有间断的非均匀材料的断裂问题,本文将虚节点多边形单元的形函数引入到扩展有限元（XFEM）中,提出了一种基于四叉树结构的动态网格细化方法,该方法可对间断面附近单元实现可调控的多层级细化,特别是对于裂纹扩展问题,可实现裂尖附近单元的动态网格细化与粗化。基于以上网格细化方法,本文提出了针对非均匀材质裂纹扩展问题的计算方法VP-XFEM。为验证算法的准确性与计算效率,针对含有孔洞及材料界面的断裂问题,本文给出了相应的算例。结果显示,与传统的一致性网格的XFEM相比,VP-XFEM能够明显改善计算精度与计算效率。