纳米尺度接触过程分子动力学模拟

为研究纳米尺度接触过程力学行为,以刚性半球体接触压入单晶硅表面为分析对象,建立分子动力学模型并求解仿真,得到纳米尺度接触过程中微观接触区域的状态变化和接触作用力变化规律.由于粘附力作用,两表面尚未完全接触时,基体原子发生纳米尺度接触所特有的“突跳”现象.随着接触深度增加,基体原子位错和滑移带相继出现,接触区域的硅材料由初期弹性变形转向后期塑性变形.在脱离接触过程中,基体材料有部分弹性恢复,接触完全脱离时,球面仍粘附着部分硅原子.然后利用原子力显微镜,对应分子动力学模拟时的参数条件和接触过程,进行实验对比分析,实验结果表明:分子动力学模拟不但对纳米尺度接触过程力学行为的分析是可行和有效的,而且可以观察到实验无法反映的微观细节.     

纳米单晶与多晶铜薄膜力学行为的数值模拟研究

通过对不同温度下单晶薄膜的拉伸性能的分子动力学模拟，从微观角度揭示了温度效应对材料性能的影响. 结果表明温度效应对材料的变形机理影响很大.0K温度下由于缺乏热激活软化的影响, 粒子运动所受到的阻碍较大, 薄膜的强度较高, 塑性变形主要来自于粒子的短程滑移.温度升高，粒子的热运动加剧，屈服强度降低, 塑性变形将主要来自于大范围的位错长程扩展.多晶薄膜的模拟结果表明, 虽然其晶粒形状较为特殊, 但是它仍然遵循反Hall-Petch关系.在模拟过程中，侧向应力最大值比拉伸方向应力的最大值滞后出现.位错只会从晶界产生并向晶粒内部传播，晶粒间界滑移是多晶薄膜塑性变形的主要来源.     

用纳米铜改善柱塞式喷油泵润滑性能的试验

通过试验研究了纳米铜添加剂对喷油泵润滑性能的影响。试验结果表明：纳米铜添加剂可以有效地提高润滑性能，减小喷油泵的磨损。     

纳米润滑油添加剂润滑机制的研究进展

【目的】纳米颗粒具有体积小、比面积大等特点,在摩擦润滑方面具有很好的应用前景。纳米颗粒作为润滑油添加剂应用在摩擦过程中,可以明显改善润滑油的润滑性能,起到抗磨减摩的效果。但是摩擦过程比较复杂,纳米颗粒作为添加剂的润滑机制尚不明确。【方法】通过试验研究和仿真分析两个方面综合表述了纳米颗粒的润滑机制。目前针对纳米颗粒摩擦润滑机制研究的仿真方法主要有分子动力学法和有限元分析法。分子动力学法主要研究单个分子的运动,可以探究现象的本质以及各个分子的运动规律,尤其可以对理论分析以及试验观察中难以理解的现象作出解释。有限元分析法主要是建立在接触力学和弹塑性力学基础之上的一种计算方法。【结果】通过试验研究和仿真分析,得出了纳米颗粒在摩擦过程中的填充作用、成膜特性、滚珠效应和抛光作用四种润滑机制。【结论】纳米颗粒作为润滑油添加剂具有很好的应用前景;分子动力学仿真技术可以辅助试验研究,验证纳米颗粒的润滑机制,但是针对仿真分析的优化、纳米颗粒在润滑油中的分散稳定性等方面还需要进一步深入研究。     

基于AFM的纳米机械刻蚀加工研究

结合原子力显微镜实验及分子动力学模拟,研究刻蚀加工机理,分析了针尖弹性模量、几何形状、磨损等工具因素,刻蚀力、进给量、加工速度等工艺因素,加工材料性质、表面质量等工件因素对加工的影响及作用机理。     

单晶锗各向异性力学性能实验

通过纳米压痕实验对单晶锗(100)、(110)、(111)晶面进行各向异性力学性能的分析研究。根据纳米压痕过程中获得的载荷-位移曲线并结合Oliver-Pharr理论对材料的弹性模量和硬度进行考察。实验结果表明:单晶锗在纳米压痕过程中发生明显的塑性变形,并且(110)晶面塑性最好,(100)晶面其次,(111)晶面塑性最差;硬度与弹性模量变化趋势相一致,在压入深度较小时,材料受表面效应的影响,硬度和弹性模量发生明显波动,而且由于单晶锗各个晶面上的原子密度以及晶面间距有较大的差异,单晶锗表现出稳定的各向异性,硬度和弹性模量大小依次为:(111)晶面、(110)晶面、(100)晶面。随着压入深度增加,硬度和弹性模量逐渐趋于稳定,大小依次为:(110)晶面、(100)晶面、(111)晶面。     

利用平原区小流域降雨径流规律推求田间排涝模数

以土壤水动力学为基础,建立了饱和非饱和土壤水运动的ｈ方程数学模型。并根据Ｎａｓｈ瞬时单位线,建立了汇流模型。利用以上模型对北京市“９４．７”暴雨的洪水过程进行了计算,与实测结果基本吻合。本文所求模型可用来计算田间排涝模数     

坝体土体和防渗墙模量变化对防渗墙应力变形的敏感性分析

结合某水库的除险加固工程,建立二维有限元模型对采用低弹模混凝土防渗墙的某土石坝进行了数值模拟.分析计算按加固过程中的施工进度模拟,同时利用adina中多孔介质材料属性,考虑了坝体中渗流作用对防渗墙应力变形的影响.接触面单元考虑到在防渗墙的实际施工中需要泥浆护壁,采用Goodman修正单元.为分析坝体土体和墙体材料的弹性模量对墙体应力和变形的影响,研究了正常水位下防渗墙的应力和变形随坝体土体和防渗墙弹性模量变化而变化的规律性.计算结果表明:当防渗墙的弹模小于5000 MPa时,墙体应力随防渗墙弹性模量的变化不敏感,当防渗墙的弹模大于5000 MPa时,墙体应力随防渗墙弹性模量的变化敏感;最大水平位移随着防渗墙模量的增大变化不大,对防渗墙模量的变化不敏感;防渗墙墙体应力和变形对坝体土体弹性模量的变化不敏感.     

牛肉高压冷冻过程中热变化和冰晶形态研究

以牛肉为研究对象,分别进行高压冷冻和传统冷冻试验,分析了冷冻过程中的热变化和形成的冰晶形态。高压冷冻试验在3个不同的压力下进行,分别为100 MPa(-9℃)、150 MPa(-15℃)和200 MPa(-20℃);传统冷冻(空气冷冻和液体浸没冷冻)在0.1 MPa和-20℃条件下进行。试验结果表明:传统冷冻形成的冰晶多数位于组织细胞外,冰晶粗大且不均匀,对组织细胞造成严重的压迫和机械损伤;高压冷冻形成的冰晶体积较小,在样品中分布较均匀,且压力越大,位于胞内的冰晶越多,对样品组织的破坏程度越小。空气冷冻的冻结时间最长(85 min),液体浸没冷冻结冰速率较快(5.5 min),高压冷冻的冻结时间在100、150和200 MPa时分别为2.47、1.22和0.83 min;压力越大,卸压时形成的超冷度越大,冰点越低,冻结所需时间越短。     

围岩特性和衬砌厚度对衬砌混凝土在设置垫层下温控影响研究

基于有限元分析软件ANSYS,在溪洛渡泄洪洞有压段衬砌混凝土设置垫层的情况下,对不同围岩弹性模量和衬砌厚度进行仿真模拟。通过比较不同衬砌部位,不同点位的最高温度、最大内表温差、早期最大拉应力等,针对围岩弹性模量和衬砌混凝土厚度的变化对衬砌混凝土温度和温度应力的影响进行了分析。研究结果表明,①不同围岩弹性模量下,相同温控措施下衬砌混凝土温度场大致相同。较好围岩会增大早期衬砌混凝土的最大拉应力,减小最小抗裂安全系数,必须采取严格的温控防裂措施,防止早期裂缝。②相同温控措施下,衬砌混凝土越厚,最高温度越高,最大内表温差越大。较薄衬砌混凝土会增大早期衬砌混凝土的最大拉应力,减小最小抗裂安全系数,温控防裂措施要求严格。     

液压油弹性模量提高方法与试

分析了液压系统中含气量、工作压力等参数对油液有效体积弹性模量的影响规律,在此基础上采用抽真空除气与弹性模量检测相结合的方法提高油液弹性模量至期望值,并试验于某大型液压泵站.应用结果表明:含气量对弹性模量值影响显著,利用抽真空能够有效减小油液的含气量,将弹性模量值由821.3MPa提高至1201MPa;该方法在闭式液压系统中能够实现油液弹性模量的提高.     

软土复合地基综合变形模量理论计算与验证

地基变形模量可以采用现场试验、查表、压缩模量转换等多种方法确定，对软土复合弹性地基的地基变形模量的确定方法进行探讨，以现场试验数据验证了考虑软土处理方法、材料特性而建立的权重法计算模式是合适的。从而为软土地基处理后的复合地基上的结构内力计算提供参考依据。     

磨粒磨损中微观切削过程分子动力学模拟

针对磨粒磨损中微观切削过程,研究了分子动力学模拟的基本原理、磨粒微观切削过程的分子动力学模拟模型和数值模拟竹法。为研究摩擦表面上的微观动态行为与变化,认识磨粒磨损机理,提供了一种基于微观数值模拟的途径和方法。     

增压柴油机进排气压力波变化规律研究--基于一维仿真模型

使用 Boost 软件建立起一款增压柴油机工作过程的一维计算模型,并利用发动机台架实验数据对该模型进行了标定和验证,进而在确保模型满足误差要求的情况下,通过该模型计算得到了实验难以获取的气门位置的进排气压力波信息;结合柴油机实际特点,对这些不同工况下的进排气压力波的变化规律进行了归纳比较及合理性分析,并与相应工况下缸内压力进行了比较;最后,基于理想进排气压力波的关键要素要求,指出了进一步优化进排气压力波的必要性,并提出了优化的初步方向及具体措施。研究工作表明了一维仿真研究进排气压力波的可行性、实用性和准确性。