氢键对氧化石墨烯复合结构层间剪切行为影响研究

针对氧化石墨烯层状复合结构性能优化设计要求及其对环境湿度的高敏感性,开展了氧化石墨烯在湿润环境下的层间剪切行为研究.首先,采用连续力学理论,获取不同氧化浓度时氧化石墨烯层状结构层间粘结能、层间氢键相互作用能及剪切应力表达式;所获得的层间能量理论值与分子动力学模拟结果基本一致.其次,通过在氧化石墨烯层间加入不同含量水分子...     

改进的BP神经网络在多裂纹柱体扭转中的应用

提出一种基于BP神经网络的多裂纹柱体扭转问题的数据新处理方法。以多裂纹柱体扭转问题为例,以MATLAB中的神经网络工具箱为工具,采用了改进的BP神经网络,并对其设计方案进行了详细的分析说明,发现动量参数对训练次数影响很大,而学习率对它的影响很小;采用双隐含层比单隐含层训练更稳定,收敛的也更快,同时给出了理想的学习方案。最后对柱体的抗扭刚度实验值进行快速拟合,得到了裂纹尖端的应力强度因子K3。结果证明这种设计方案计算的更精确、收敛速度更快。     

Effect of void size and Mg contents on plastic deformation behaviors of Al-Mg alloy with pre-existing void: Molecular dynamics study

The plastic deformation properties of cylindrical pre-void aluminum-magnesium (Al-Mg) alloy under uniaxial tension are explored using molecular dynamics simulations with embedded atom method (EAM) potential. The factors of Mg content, void size, and temperature are considered. The results show that the void fraction decreases with increasing Mg in the plastic deformation, and it is almost independent of Mg content when Mg is beyond 5%. Both Mg contents and stacking faults around the void affect the void growth. These phenomena are explained by the dislocation density of the sample and stacking faults distribution around the void. The variation trends of yield stress caused by void size are in good agreement with the Lubarda model. Moreover, temperature effects are explored, the yield stress and Young's modulus obviously decrease with temperature. Our results may enrich and facilitate the understanding of the plastic mechanism of Al-Mg with defects or other alloys.     

页岩气在粗糙纳米孔中吸附和输运的分子模拟

从微观上理解固气表面的吸附和注气驱替原理,有助于完善页岩气开采理论.本文通过运用蒙特卡洛和分子动力学方法,模拟了甲烷在粗糙壁面结构孔隙中的吸附和流动行为.研究结果显示粗糙结构对甲烷的吸附量有显著影响,压力小于20 MPa时,粗糙模型中的吸附量更大.注气驱替时,粗糙模型中二氧化碳的突破时间和甲烷的采收率,相比光滑壁面模型明显增加.这是由于粗糙结构模型的页岩壁面表面积更大,在低压下气体吸附能力更强.矩形粗糙结构页岩模型的选择吸附性强于三角粗糙结构模型和光滑模型.研究阐明了甲烷吸附和驱替的微观机理,为提高页岩气采收率提供了指导.     

聚硅氧烷硅胶的黏超弹性力学行为研究

聚硅氧烷硅胶是一类以Si——O键为主链、硅原子上直接连接有机基团的无色透明高分子聚合物, 因其具有优异的超弹性性能而广泛应用于精密减震结构、柔性电子器件等领域. 在聚硅氧烷硅胶减震结构和柔性电子器件的设计中, 材料在大变形和动态加载下的黏超弹性力学行为的精确描述至关重要. 本文针对该问题进行了系统的研究:首先, 将该硅胶的超弹性和黏弹性行为进行解耦, 确定其黏超弹性本构方程的基本框架;其次, 基于单轴拉压、平面拉伸试验确定其准静态超弹性模型的各项参数;再次, 利用霍普金森压杆冲击试验确定其黏弹性模型的各项参数;在此基础上, 将超弹性和黏弹性模型合并为适用于大应变和大应变率的黏超弹性动态本构模型;最后, 利用落锤冲击试验对该硅胶薄片的冲击变形行为进行了研究, 并利用上述建立的动态本构模型对落锤冲击过程进行了有限元模拟. 结果表明:本文建立的黏超弹性本构模型可有效预测该硅胶在冲击载荷下的力学行为, 从而为聚硅氧烷硅胶减震结构和柔性电子器件的优化设计提供了理论和应用基础.      

石墨烯尺寸和分布对石墨烯/铝基复合材料裂纹扩展的影响

铝基复合材料由于其质轻高强的特点,是机械工业和航空航天工程中最重要的材料之一.而石墨烯因其优异力学性能和高比表面积等特点,被作为金属基复合材料的理想增强相.然而,目前石墨烯在铝基复合材料中对裂纹扩展影响的机制尚不清晰,制约了其在铝基复合材料的设计和应用.本文采用分子动力学模拟方法研究了石墨烯的尺寸和分布对铝基复合材料中裂纹扩展的影响.研究结果表明,当石墨烯尺寸l≤3.35 nm时,在拉伸过程中产生的亚裂纹促进了裂纹扩展。值得注意的是,这种促进作用随着石墨烯与裂纹的距离增大而减弱.当石墨烯尺寸l> 3.35 nm时,石墨烯阻碍了裂纹的扩展和亚裂纹位错的滑移.此外,石墨烯的分布和角度可以有效地改变裂纹扩展路径.本研究的结果有助于理解石墨烯在其铝基复合材料中的破坏失效的作用,为设计高性能石墨烯/铝基复合材料提供一定参考依据.     

环境风对高速列车气动噪声特性的影响分析

气动噪声随着列车运行速度的提高急剧增加,是高速列车噪声的重要组成部分。本文使用缩比为1:20的三车编组模型,通过三维瞬态延迟分离涡模型求解高速列车的外流场,分析了环境风对流场结构与声源特性的影响;之后使用FW-H方程进行噪声传播计算,分析了不同速度的环境风对高速列车气动声学行为特性的影响。结果表明：高速列车主要的噪声源分布在转向架附近,在环境风的影响下,列车背风侧声源强度高于迎风侧,列车底部声源强度增幅较大。10 m/s以内的环境风会改变高速列车在尾流区域的声学指向性,并使气动噪声增加2.1~8.7 dB。相关结论可以为高速列车气动声学设计等研究提供参考。