FeMnP_(1-x)T_x(T=Si,Ga,Ge)系列化合物机械性能的第一性原理研究

以密度泛函理论为基础,使用投影缀加波方法、VASP程序包研究了FeMnP_(1-x)T_x(T=Si,Ga,Ge)化合物的力学性质,结果表明FeMnP_(1-x)Ga_x化合物的晶格参数、弹性常数和电子结构与FeMnP_(1-x)Ge_x化合物比较接近,同时该化合物在力学上稳定,是预期具有较大的磁熵变和高磁热效应的材料.依据Pugh判据,FeMnP_(0.67)T_(0.33)(T=Si,Ga,Ge)化合物具有良好的延展性,三者之中FeMnP_(0.67)Ga_(0.33)韧性最好,FeMnP_(0.67)Si_(0.33)韧性相对较差,说明Ga替代P可改善此类化合物的机械性能.最后从化合物体系电子总态密度随不同掺杂T原子的演化规律解释了自洽计算得到的弹性常数的变化规律.     

合金元素对钢中NbC异质形核影响的第一性原理研究

为了探索不同合金元素对Nb C异质形核的影响,本文利用第一性原理研究了合金元素X(X=Cr,Mn,Mo,W,Zr,V,Ti,Cu和Ni)对ferrite(100)/Nb C(100)界面性质的影响,并且分析了上述合金元素掺杂前后界面的黏附功、界面能和电子结构.研究结果表明,Cr,V和Ti掺杂的界面具有负的偏聚能,说明它们容易偏聚到ferrite/Nb C界面,但Mn,W,Mo,Zr,Cu和Ni却难以偏聚到此界面.当Mn,Zr,Cu和Ni取代界面处的Fe原子后,界面的黏附强度降低,即这些合金减弱铁素体在Nb C上的形核能力.然而Cr,W,Mo,V和Ti引入界面后,其黏附功比掺杂前的界面要大,且界面能均降低,即提高了界面的稳定性.因此,W,Mo,V和Ti,尤其是Cr,能够有效地促进铁素体形核和细化晶粒.电子结构分析表明,Zr和Cu引入界面后,界面处的Zr,Cu原子和C原子的相互作用变弱;然而Cr和W引入界面后,Cr,W和C原子之间形成了很强的非极性共价键,提高了ferrite/Nb C界面的结合强度.     

Sr掺杂对La_(1-x)Sr_xMnO_3/LaAlO_3/SrTiO_3界面电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了La_(1-x)Sr_xMnO_3层中Sr的掺杂方式和掺杂量对4La_(1-x)Sr_xMnO_3/3LaAlO_3/4SrTiO_3(LSMO/LAO/STO)异质结构原子和电子结构的影响.结果表明:对于相同的Sr掺杂量,掺杂方式的差异对体系电子结构的影响微弱,不会导致体系发生金属-绝缘体转变;掺杂量的不同对体系电子结构有着显著的影响,当Sr的掺杂量较少时,LAO/STO界面处存在着准二维电子气,当Sr的掺杂量高于1/3时,LAO/STO界面处准二维电子气消失.我们相信,Sr的引入以及通过Sr掺杂量的改变可以对LSMO覆盖层极化进行调控,这也是导致体系LAO/STO界面处金属-绝缘体转变的可能原因,进一步为极化灾变机制导致的界面处电子重构提供了证据.     

Cu与非金属双受主能级协同作用对TiO2光学特性的影响

采用基于密度泛函理论（DFT）体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究纯锐钛矿相TiO₂在3d金属杂质Cu与非金属杂质C、N、F单掺及共掺情况下受主能级的协同作用.模拟计算掺杂前后的晶体结构、结合能、缺陷形成能、能带结构、分态密度及光学性质.结果发现：Cu-N共掺杂体系和Cu、N单掺杂体系对可见光的利用比其它体系好.Cu-N共掺体系与Cu、N分别单掺体系相比,有更小的禁带宽度,且浅受主能级上出现了更大的态密度分布.对光学性质的研究发现,Cu-N共掺体系有最高的吸收系数和反射率,因此,该体系对可见光的利用效果最好.其原因是Cu与N元素分别产生受主能级协同作用导致对可见光的响应效果最理想.     

锂离子电池硅基负极材料嵌锂行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算不同数量的锂离子引起的硅材料晶体结构的变化以及在嵌锂过程中形成Li_xSi(x=1、2、2.4、4.4)合金相的形成能与电子结构.采用LST/QST方法计算过渡态,模拟合金体相中的锂离子迁移过程.计算结果表明,随着嵌锂数量的增加,硅晶胞的体积在不断增大;Li_xSi合金相的形成能为负值,表明在嵌锂过程中锂离子和硅原子可以自发形成这些合金相,其中Li₇Si₃合金最容易形成;随着嵌锂量的增加,锂离子在费米能级处s轨道提供的电子数逐渐增加,锂硅合金在费米能级处的电子数量呈增大趋势,表明锂硅合金的导电性越来越优;常温下Li₂Si体相中很难直接形成锂离子空位,但锂离子空位的迁移过程很容易发生.     

双肋式T形梁力学性能的理论分析

以能量变分原理为基础,考虑了剪滞翘曲应力自平衡条件、剪力滞后和剪切变形等因素,建立了双肋式T形梁广义位移的控制微分方程和自然边界条件,获得了相应广义位移的闭合解.进而以算例为基础讨论了自平衡条件、剪力滞后和剪切变形等因素对双肋式T形梁正应力和挠度的贡献.解析解与有限元数值解吻合更好,说明了本文方法的有效性.     

靠模成形直梁回弹变形的变分原理及其应用

引入有限变形回弹反耦联系统和反耦联方程的概念,应用有限变形回弹反耦联方程、加权余量法、有限变形回弹变分原理,推导出靠模成形直梁卸载后的回弹挠曲线方程。本文计算了矩形截面的理想弹塑性悬臂梁和简支梁在集中荷载作用下的弯曲。结果表明,应用回弹势能原理能够推导出靠模成形直梁的回弹变形,并且可应用于工程实际。     

表面荷载作用下半无限层状介质中的裂纹分析

分析了半无限层状介质中的正方形裂纹。层状材料的层面互相平行,外部荷载作用在边界面上,正方形裂纹平行于层面。基于Yue基本解的数值方法和线弹性断裂力学叠加原理,首先采用一种数值方法获得无裂纹半无限层状介质的应力场,然后将计算得到的应力按叠加原理施加在裂纹面上,并采用另一种数值方法计算此情形下裂纹面的间断位移,最后采用裂纹面的间断位移计算应力强度因子。结果显示:I型和II型应力强度因子的变化与裂纹所处的位置关系密切;层状介质中的裂纹张开和滑移受到不同介质存在的影响,进而影响到裂纹的应力强度因子。建议的数值方法可用于分析复杂荷载作用下层状介质中裂纹的断裂力学特性。     

弹性地基上矩形加肋板自由振动分析的无网格法

应用移动最小二乘无网格法研究弹性地基上矩形加肋板的自由振动问题。假设弹性地基与加肋板紧密接触,以弹簧模拟弹性地基,将弹性地基上的加肋板视为板与肋条组合的结构。基于一阶剪切理论,用无网格伽辽金法推出了板和肋条各自的动能与势能;再通过位移协调条件将两者的能量叠加,得到了弹性地基上整个加肋板的动能与势能。由Hamilton原理导出了弹性地基上加肋板自由振动的控制方程。采用完全转换法引入边界条件,求解自由振动方程,并编制了计算程序,给出了算例。将算例与ABAQUS有限元解及已有文献结果进行了比较分析,其相对误差均在5%以内,验证了该方法计算弹性地基上矩形加肋板结构自振频率的有效性。     

立方钙钛矿RbZnF3电子、弹性和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论和赝势平面波方法研究了立方钙钛矿RbZnF3的电子结构和光学性质;利用静水有限应变技术计算研究了RbZnF3弹性常数Cij、体积弹性模量B和剪切模量G随压力的变化关系。基态下,RbZnF3晶格常数a和体积弹性模量B0计算值与实验值以及其他理论值一致。根据能带结构、总态密度以及分波态密度分析可知：基态下立方钙钛矿结构RbZnF3为间接带隙半导体材料,带隙为3.57eV,与其他计算结果比较,本文计算结果偏低,这是由于局域密度近似(LAD)或广义梯度近似(GGA)交换关联函数的局限性所致。基态下RbZnF3的Mulliken电荷分布和集居数说明：RbZnF3属于共价键和离子键所形成的混合键化合物;RbZnF3的电荷总数主要来源于Rb 4s和4p轨道,Zn 3d轨道,以及F 2s和2p轨道。电荷主要从Rb, Zn原子向F原子转移。同时,本文还计算研究了RbZnF3的光学介电函数、吸收系数、复折射率、能量损失谱和反射系数等光学性质。