含棉冰材料在低应变率下的抗压性能

航空飞行器在飞行过程中不可避免地受到冰雹冲击的威胁,严重危害航空器的飞行安全。目前,天然冰材料的冲击特性尚不明确,为此,依据ASTM F320-21标准《航空与航天透明外壳冰撞测试》,研究了不同应变率下天然冰材料的力学性能。天然冰相对于人工冰雹具有密度低、强度高的特点,结合冰雹制备标准,制备了含棉纤维质量分数为0、3%、6%、12%的冰柱试样。利用万能试验机对冰试样进行应变率分别为10^-4、10^-3、10^-2 s^-1的压缩实验,分析了棉纤维质量分数与应变率对冰试样压缩力学性能的影响,以及破坏形式与临界应变能密度的关系。结果表明：透明冰在应变率约为10^-3 s^-1时由韧性向脆性转化,且添加棉纤维有助于提高冰的压缩屈服强度,在压缩过程中表现出“裂而不碎”的现象;在准静态压缩下,两种冰模型破坏时转化为裂纹表面能所需的能量均比转化为塑性能所需的能量更少。     

均匀电场对冰晶结构及生长的影响

Homogeneous crystallization of supercooled water under electric field with strength ranging from 4.0 to 40.0 V·nm^-1 was investigated by using molecular simulation technique. The liquid-solid transition was successfully obtained based on ice component analysis using the CHILL algorithm. The analysis suggested that the produced crystalline was cubic ice dominant. The influence of the field strength on the structure and the growth rate of the ice was studied. The results revealed that the presence of an electric field drove the system to crystallize rapidly into dense and distorted cubic ice. The density of the crystals increased as a function of the field strength, from 0.98 to 1.08 g·cm^-3. The growth rate of the ice nucleus increased along with the field strength according to the characteristic time derived from the Avrami equation which ranged from 0.254 to 5.513 ns. This type of acceleration can be partially attributed to the enhancement of the rotational dynamics of the water molecules. Moreover, by monitoring the formation history of the cubic ice, we found that the defective ice acted as a transition state linking the liquid water and the cubic ice.     

颗粒冰与钛合金冻结强度的剪切试验分析

飞机在湿度较大的高空云层飞行时,空气中液滴碰撞飞机发动机叶片后易产生具有颗粒结构的冰体。为研究叶片上冻结冰对飞机发动机运行性能的影响,本文在低温实验室内采用喷雾法在钛合金表面制备颗粒结构冰,模拟飞机发动机叶片上冻结冰的形成过程。通过自主研制的剪切试验仪对不同环境温度下冻结的冰体与钛金属表面的剪切强度进行试验测量,得到了温度(T)与剪切强度(τs)的对应关系。试验结果显示,冻结冰与钛金属粘剪切强度随着环境温度降低而增加,并呈现出明显的线性关系。应力时程曲线显示,颗粒冰与钛合金表面粘结处发生的剪切破坏为典型的脆性破坏过程。本文为研究飞机发动机上冰体的力学性质、飞机防冰设计以及相应数值模拟提供了重要的参考数据。     

对输电线路覆冰特点及防冰技术的研究

输电线路覆冰危及电力系统安全运行,给人们生活带来不变,同时也会造成重大的经济损失.本文以防治输电线路覆冰事故为目的,从实际情况入手,分析了输电线路覆冰特点.然后,对一些防冰技术及其效用进行了分析,以期提高输电线路防冰能力,保护电力系统安全运行.     

基于BOTDA的OPGW应变性能研究

为研究长期运行光纤复合架空地线(OPGW)的应变性能,使用高精度的分布式光纤传感监测设备布里渊光时域分析仪(BOTDA)对新缆和不同覆冰环境下的旧缆进行应变监测,对比分析了OPGW光缆内光纤的布里渊频率在长期外界环境作用下的变化.试验结果表明,运行时间和覆冰等级是影响OPGW光缆内光纤应变性能的主要因素.     

基于DEM-FEM耦合方法的海上风机结构冰激振动分析

冰载荷是海上风机在寒区安全运行的重要影响因素之一,由其引发的冰激振动给风机结构带来了严重的危害.本文通过离散元(discrete element method,DEM)--有限元(finite element method,FEM)耦合方法建立了寒区单桩式风机结构的冰激振动模型.采用具有粘结--破碎性能的球体离散单元描...     

强耦合磁失措自旋冰系统Dy2Ti2O7单晶生长和基本磁性质测量

利用红外光源浮区法生长出大尺寸、高质量的磁失措自旋冰化合物Dy2Ti2O7单晶体.X射线衍射实验证实晶体具有面心立方结构,空间群为 Fd3m,晶胞参数a＝1.0112(2) nm,[111]和[400]方向X射线衍射摇摆曲线半高宽分别仅为0.07°和0.05°.直流磁化率与温度关系测量给出晶体的Van Vleck顺磁因子为2.46×10-5 m3/mol,有效磁矩μeff＝10.24(4)μB,Cure-Weiss温度ΘCW＝1.1 K,揭示Dy2Ti2O7具有弱的铁磁性.对磁性起源的综合分析表明,该自旋冰晶体磁性质主要来源于磁偶极相互作用,且相关最近邻长程偶极相互作用能量标度Dnn＝3.00 K.     

咔唑-降冰片二烯二元化合物的合成及其分子内光敏异构化反应

在本文的工作中,我们合成了咔唑与降冰片二烯二甲酸二甲酯以不同链长的碳链相连的二元化合物，讨论了不同链长化合物的分子构象,并首次实现了分子内的电子转移光异构化反应,为进一步寻找更有效的光异构化反应体系探索了一条新的道路。     

腐植酸作用下γ-六氯环己烷在冰相中的光转化

研究了腐植酸(HA)存在下冰相体系中γ-六氯环己烷(γ-HCH)的光转化规律. 结果表明, HA浓度对γ-HCH的光转化率呈现低浓度促进而高浓度抑制的现象; 盐离子浓度、 N\begin{array}{c}{O}_2^{-}\end{array}及N\begin{array}{c}{O}_3^{-}\end{array}对γ-HCH的光转化率均有促进作用; 低浓度Fe³⁺对γ-HCH的光转化率有促进作用, 当Fe³⁺的浓度增大到50 μmol/L时, 呈现抑制效应; γ-HCH在不同pH值条件下光转化速率的大小顺序为碱性>中性>酸性. 冰相中HA通过产生单线态氧(¹O₂)、 羟基自由基(·OH)及三重激发态(HA^*)加速γ-HCH的光转化. HA存在下γ-HCH的光转化产物主要是五氯环己烯、 邻二氯苯和对二氯苯、 一氯苯, 光转化过程中¹O₂通过消耗中间产物间接加速了γ-HCH的光转化过程.     

基于多介质、多尺度离散元方法的冰载荷数值冰水池

极地船舶与海洋工程结构冰载荷的确定是其结构抗冰设计、冰区安全运行和结构完整性管理的重要研究内容. 当前快速发展的高性能计算技术和多介质、多尺度数值方法为准确、高效地计算结构冰载荷提供了有效的途径, 其中以离散元方法为代表的数值方法取得了出色的研究成果. 为此, 本文针对目前极地船舶与海洋工程结构对冰载荷及力学响应的工程需求, 同时考虑国内外对海冰、工程结构与流体相互耦合的多介质、多尺度数值方法研究现状, 对极地船舶与海洋工程数值冰水池的概念、框架、开发技术以及基于离散元方法的软件实现与工程应用进行了论述. 数值冰水池在船舶与海洋工程结构冰载荷确定方面具有可靠性、经济性、快速性、扩展性和情景化等显著优势. 本文工作借鉴数值水池的研究思路, 以典型船舶和海洋平台结构冰载荷及结构力学响应的离散元计算为例, 探讨了数值冰水池研究的可行性和工程应用前景, 阐述其与理论分析、现场测量和模型试验研究相结合的必要性. 以上研究有益于中国在极地船舶与海洋工程领域形成具有独立知识产权的数值计算分析平台, 对中国极地海洋强国的战略实施具有很好的启发和指导意义.