渐变型流道燃料电池热-电-力-化多场耦合数值模拟

本文设计了一种渐变型气体流道的平管型固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell, SOFC),并建立了热-电-力-化学多物理场耦合三维模型,模拟并对比分析了渐变型和蛇形两种不同流道结构在平管型固体氧化物燃料电池不同电压下的气体流速、温度、电流密度和热应力大小．结果表明,当电压高于0.7 V时,渐变型流道气摩尔分数相比蛇形流道情形增加了1.9%．在相同电压下,渐变型流道结构的电流密度增加了0.72%,渐变型流道情形的气体出口处流速增加了148%,且渐变型流道SOFC的温度场和热应力相比蛇形流道情形分别降低了8.7%和61.5%.     

缺口件多轴疲劳寿命预估新方法

局部应力应变法(LSSM)以危险点处的局部应力应变历程进行寿命评价,忽略了非比例附加强化及缺口附近应力梯度对疲劳损伤的影响.论文通过分析裂纹萌生面(临界面)上剪应力和正应力分布状态,提出一种计算缺口件多轴疲劳损伤影响区的数学计算方法,建立考虑法向正/剪应力梯度与非比例附加强化效应的寿命预估模型.首先,基于能量法和临界面理论,借助坐标变换原理将应变能密度最大的材料平面定义为临界面,建立确定裂纹萌生方向的计算方法.其次,以临界面上特定路径为积分方向,将缺口件三维问题转化为线性问题,简化计算过程.综合考虑峰值应力和等效应力场强对多轴疲劳寿命的贡献度,建立表征缺口件多轴疲劳损伤演化过程的损伤参量.最后,通过TC4合金和Q345钢多轴疲劳试验验证论文模型的可行性和精确度,并与LSSM法、FS模型、SWT模型进行对比分析.     

内爆炸载荷下泡沫铝夹芯圆管塑性动力响应及能量耗散机理

通过实验、理论和数值模拟研究泡沫铝夹芯空心圆管在内爆载荷作用下的动态变形模式及吸能机制.采用不同质量的球形乳化炸药进行爆炸试验.结构轴向变形分为3个区:大塑性变形区、绕塑性铰的刚性旋转区和无变形区.在考虑环向膜力和轴向弯矩的情况下,提出内爆作用下夹芯圆管动态响应的显式计算方法.通过建立基于三维Voronoi算法的泡沫芯有限元模型,探索结构能量耗散机制.通过实验观测到的泡沫铝夹芯空心圆管在内爆载荷作用下的变形机制,结合内外管的弯曲变形及芯层压缩,给出了结构在响应过程中能量吸收的理论解.以结构比吸能和外管中心挠度为控制参量求得夹芯圆管的最优解集.进一步研究炸药质量、内外管直径、壁厚及芯层轴向梯度排列方式对结构动态变形模式和吸能机制的影响.结果表明:内管壁厚对外管中心线的挠度影响较大,而芯层厚度和外管壁厚的影响较小;如果夹芯圆管的轴向梯度结构从管轴向对称面到两端边缘呈对称递减分布时,具有较好的抗爆性;数值计算和实验测试结果均与理论预测吻合.     

粗糙表面接触的层级模型

真实的材料加工表面的粗糙度往往跨越了多个尺度。本研究建立了一种新的粗糙表面层级接触模型。对于较大尺度部分,截断过滤短波长的粗糙度,然后运用连续介质力学的方法计算出相应的近似接触面积和局部压力的分布;对于较小尺度部分,本研究基于分形理论,利用二维Cantor集来描述层叠的短波长微凸峰,然后对在较大尺度得到的近似接触面积进行细化修正,计算出了最终的接触面积。为了验证所建立的模型,将得到的整体接触响应与有限元法计算结果进行了比较。结果表明,该模型能够充分预测粗糙表面的弹性接触响应,而且大大降低了多尺度粗糙表面接触力学建模的计算规模。这对进一步研究跨尺度粗糙表面之间的接触和摩擦具有重要意义。     

反对称铺设复合材料层合板非线性后屈曲分析

基于层合板壳理论,考虑反对称铺设层合板的拉弯耦合效应和后屈曲过程中的非线性几何变形,推导了由应力函数和挠度表示的复合材料层合板的后屈曲控制方程。引入无量纲参数对控制方程和边界条件进行无量纲化,以消除材料参数及几何尺寸对分析结果的影响。采用摄动法将无量纲的非线性控制方程及边界条件展开成一系列非齐次线性摄动方程组,分析各阶摄动方程的通解与特解的构造,并逐次求解,建立了反对称铺设复合材料层合板受单向均布压力作用的临界屈曲荷载及后屈曲平衡路径的理论解。进而运用ABAQUS软件对复合材料层合板在面内压缩载荷作用下的屈曲和后屈曲进行有限元分析,结果表明理论解与ABAQUS结果十分接近,验证了理论解的正确性。在此基础上进一步讨论了铺设角度、铺设层数和拉弯耦合效应等对层合板后屈曲性能的影响。研究发现层合板的屈曲载荷受铺设角度与层数的影响较为显著,而拉弯耦合效应使板的屈后强度大大降低。     

含氦泡辐照老化材料层裂损伤计算方法分析

辐照条件下,一些材料内部产生大量的氦泡等微缺陷,氦泡的大小和数密度随着辐照年限的增长而增长。氦泡分布特征的变化不仅影响材料本身的物理、力学性质,而且直接影响材料层裂损伤演化后期材料破坏颗粒度的分布特征。延性材料的层裂损伤演化过程一般包括孔洞的成核、增长和汇合,但因已有孔洞对新成核孔洞存在抑制作用,当初始孔洞数密度达到一定临界值时,材料内部没有新的孔洞成核,因此,层裂损伤的计算可以不考虑新孔洞成核的影响。本文中基于损伤早期演化的特征,给出了这一临界值的计算方法,并进一步探讨了含氦泡辐照老化钚材料层裂损伤的计算方法。同时,在完善孔洞增长(void growth, VG)层裂损伤模型中参数的确定方法的基础上,借助含氦泡常规铝材料的层裂实验结果,对此问题进行了定性的分析：在氦泡尺寸变化不大的情况下,当氦泡浓度低于临界氦泡浓度时,需要考虑初始氦泡以及新增孔洞的综合影响;反之,可以采用简单的层裂损伤模型,不需要计算孔洞成核,但由于增长孔洞之间的相互影响,损伤模型的初始损伤参数需要重新确定。     

不同铺层角度复合材料Ω形柱的吸能特性

复合材料Ω形柱在碰撞吸能和轻量化方面具有一定的应用潜力,为研究铺层角度和加载速率对复合材料Ω形柱吸能性能的影响,开展了碳纤维复合材料Ω形柱的轴向压缩实验,深入分析了其吸能评价指标及破坏机理。主要研究内容及结果如下：进行了3种铺层角度([0/90]_3s、[0/45/90/-45]₃和[±45]_3s)Ω形柱的准静态和动态压缩实验研究。准静态加载时,[0/90]_3s和[0/45/90/-45]₃铺层角度试样均表现为渐进破坏,而[±45]_3s铺层角度试样表现为非稳态破坏,破坏模式的不同导致其比吸能约为前2种铺层试样的1/2;动态加载时,3种铺层角度的Ω形柱均表现为渐进破坏,且比吸能较为接近。其中,[0/90]_3s和[0/45/90/-45]₃铺层角度Ω形柱在动态加载时的比吸能较准静态分别降低了29.70%和20.97%,而[±45]_3s比吸能较准静态提高了46.10%,破坏模式的转变是其比吸能提高的...     

火灾条件下开敞空间LPG储罐的BLEVE试验

为研究火灾条件下开敞空间液化石油气（liquefied petroleum gas, LPG）储罐沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（boiling liquid expansion vapor explosion,BLEVE）的荷载特征及爆炸波传播规律,研制了带滤波片的储罐爆炸试验装置,开展了小尺寸LPG储罐BLEVE试验,分析了LPG储罐的BLEVE过程及超压荷载特征,讨论了滤波片、LPG质量、储罐形状等因素对爆炸超压的影响,总结了已有BLEVE超压荷载的简化计算模型,对比试验数据与简化模型预测结果,给出了简化计算模型的适用范围。研究结果表明：次生蒸气云爆炸对开敞空间BLEVE超压荷载影响有限;BLEVE超压荷载峰值随爆源中心距离的增加而减小,随储存介质质量的增大而增大;在BLEVE超压荷载简化计算模型中,使用Brode模型计算爆炸能量最为保守,Planas模型仅能较准确地预测大尺度试验的结果,Birk模型则能较准确地预测大、中、小尺度试验的结果,但其结果略低于实验结果;规范建议的超压荷载计算方法中,Baker-Tang爆炸曲线法预测效果优于TNT当量法。     

典型卫星产品单轴和多轴随机振动试验振动效应对比研究

卫星产品振动试验是一种地面试验,用来考核产品经受实际振动环境的能力。多轴振动试验因其能更真实地模拟振动环境,是动力学环境试验技术的发展趋势之一。传统的单轴振动试验与多轴振动试验在振动效应的差异未有明确结论,这给卫星产品多轴振动试验技术的推广和应用带来了阻力。本文通过选取典型卫星产品用试验的方法从振动响应的角度对单/多轴随机振动的振动效应和不同条件下的多轴随机振动的振动效应进行了比较研究,并对典型卫星产品单/多轴随机振动的振动效应和不同条件下多轴随机振动的振动效应存在的差异进行了总结并得出了相应结论。

     

HPLC-MS/MS技术在中华绒螯蟹硝基呋喃类代谢物残留量检测中的应用

建立了中华绒螯蟹中硝基呋喃类代谢物残留量的液相色谱-串联质谱检测方法.取均质后的中华绒螯蟹可食部分样品,用盐酸水解组织中蛋白结合代谢物,经2-硝基苯甲醛37℃过夜衍生化,调节pH值至约7.0～7.4后,用乙酸乙酯提取,正己烷净化.选用电喷雾离子源,在正离子、多反应监测方式模式下进行定性,以同位素内标法进行定量.方法的检出限为0.5 μg·kg-1,工作曲线的线性范围为1.25～50.0 μg·L-1.在添加浓度为0.5～10.0 μg·kg-1的范围内,AMOZ、SEM、AHD和AOZ的回收率分别在92.8%～106%、84.5%～94.6%、80.6%～98.6%和88.4%～105%之间,相对标准偏差均小于10%.