机电功率扰动下的功角极限环特性

功角振荡会破坏电力系统稳定性,影响系统可靠运行,针对功率扰动引起功角振荡问题,建立单机无穷大系统的数学模型,并利用求解弱非线性方程的平均法,研究该系统随着机电扰动的功角响应特征,导出机电功率扰动下幅值平方变化规律在受到机械功率的周期性扰动的作用下,系统会出现一个极限环,在受到电磁功率扰动时,系统会出现3种不同的最终状态,最终稳定于哪个状态,取决于系统的初始状态和扰动的幅值和频率,相图研究结果证明该理论的正确性。     

多孔质气悬浮气膜压力特性建模及试验研究

为了研究多孔质气悬浮气膜压力特性以便对玻璃基板的非接触式搬运系统进行性能分析和优化设计,以具有代表性的区域单元为对象,建立包含多孔质特性和间隙流特性的气膜压力动态模型,利用有限体积法(FVM)进行求解.当多孔质表面空气薄膜受到工件的往复振动挤压时,压力响应相对间隙距离呈现明显的滞环现象,表现出弹性特性和阻尼特性.仿真和试验的结果表明,基于动态模型的计算结果与实验值吻合较好.气膜压力刚度系数随着间隙距离的减小而迅速增大,并受到供给流量与区域半径的影响.气膜压力阻尼系数受供给流量的影响甚小,受区域半径的影响显著,表明适当增加导轨宽度可以有效地加快工件自由振荡衰减速度.     

基于稳定安全系数的路基边坡可靠指标快速估算

路基边坡稳定可靠性分析过程复杂，建立可靠指标\beta快速估算方法有助于概率分析技术在工程中推广。采用Fellenius极限平衡法与Monte Carlo模拟，开展常用坡率下简单土质边坡稳定可靠度计算，研究β随坡高h和强度参数变异系数δc、δφ变化规律；运用无量纲化和多元非线性回归技术，构建基于稳定安全系数Fs与强度参数均值c、φ的β估算方程，分析回归系数随h和δc、δφ变化趋势，讨论β估算偏差受Fs及c、φ影响规律。研究表明：β与Fs总体呈现负幂函数增大趋势，其界限值满足β_d^u=a_d^u(1- Fs^{{-b}_d^u})关系式，拟合参数a_d^u、b_d^u主要受强度参数变异水平影响，呈负指数幂函数、负线性函数变化规律；对内摩擦角和黏聚力进行无量纲化处理，采用幂函数与对数组合获得的\beta估算模型能较好描述坡高、强度变异性及稳定安全系数的综合影响；估算偏差Δβ受强度参数变异水平影响大于坡高，在φ≤18.52+1.5c-0.17c^2条件下的Δβ≥0.5，为估算风险区域，相应的Fs≤1.377。提出的显式估算方法对路基边坡稳定可靠性的快速、准确评估具有重要参考价值。     

双热源作用下侧吸罩流场及捕集效率特性研究

在精炼镁车间内,广泛存在着双热源作用下的侧吸罩,研究双热源之间的影响将为研究双热源产生污染气体的捕集提供一定的理论依据.本文在实验与数值模拟误差分析的基础上,运用数值模拟方法研究了在同一局部排风系统中存在两个热源(主热源、辅热源)时,辅热源位置、辅热源初始速度以及辅热源初始温度对侧吸罩流场和排风罩捕集主热源产生污染气体捕集效率的影响.研究结果表明:(1)当辅热源位于主热源与排风罩之间时,随着辅热源初始速度的增加,侧吸罩的捕集效率先增大后减小.最大捕集效率出现在初始速度为1.0 m/s时.(2)当辅热源位于排风罩相对主热源之外时,随着辅热源初始温度从300 K增大到600 K,侧吸罩的捕集效率降低8.36%.     

西安地裂缝的形成及建筑物避让安全距离的计算

西安地裂缝是近年陆续出现的一种张拉裂缝,它的方位通常呈东北向。由于工业及民用过量地采取承压水,增大了承压水层土粒间的有效压力,引起土层的固结沉降,在沉降过大及不均匀沉降的影响下,使地面产生了这种张拉裂缝。由粘性土的极限平衡理论证明并导出裂缝的极限垂直深度 Z_0为:Z_0=(2c)/(γ)tg(45°+((?))/(2))K、太沙基得出相似的计算公式为:Z_0=(2.67c)/(γ)tg(45°+■)/(2))这里 c■分别为内聚力、容重、及内摩擦角房屋基础避让裂缝的安全距离 L_(?)按规范 TJ7-74建议并进行适当修正后的计算公式为:对条形基础:L_b=Z_0+3.5B+(D)/(tgα)对矩基形础:L_b=Z_0+2.5B+(D)/(tgα)这里 B 为基础埋深,α≤45°的土的稳定坡角,D 为基础埋置深度,其他符号同前。考虑现场施工等影响,上述安全避让距离的计算值尚须乘一系数 K 值,K 取1.2～1.4。     

影响板间蠕变拖曳流中涡流作用的因素

采用复值函数理论和有限元方法,对基底板和平板之间的牛顿流体和非牛顿流体的蠕变拖曳层流过程进行了数值研究,重点分析了雷诺数、剪切变稀系数和阻通比的变化对于两板间薄膜流动过程中涡流的产生和发展的影响.研究结果表明:雷诺数在一定条件下也会产生涡流,且会影响涡流的作用区域,但这种影响有限,因为流场中存在过大的速度梯度,所以雷诺数不是影响涡流的主要因素,对于不同的基底板形态,雷诺数对于涡流的作用相近;对于非牛顿流体,剪切变稀系数不会对流场的形态产生过多影响,但是,随着剪切变稀系数增大,发生流线分离的位置在纵向上会逐渐升高,涡流作用的区域增大,作用强度增强,使得流动更加不稳定;随着平均板距增大,临界波形度绝对值也随之增大,阻通比则随之减小,这表明临界阻通比随着波形度增大而呈现减小的趋势.     

不均匀加热与节流对平行通道不稳定性的影响

为研究反应堆内轴向热流不均匀分布、径向不均匀加热和入口节流对密度波不稳定的影响,利用RELAP5/MOD4.0程序对强迫循环平行通道系统进行数值模拟. 由程序中的非平衡非均相模型和半隐式数值格式所得计算结果与实验数据符合较好. 对比轴向热流线性分布及余弦分布工况下的流动不稳定边界,并做出积分热流沿通道长度的变化曲线以分析其机理,还获取了径向不均匀加热与入口节流工况下系统和通道的临界相变数. 结果表明:轴向热流不均匀分布时系统的稳定性取决于沸腾边界的位置以及积分热流沿通道的分布. 与轴向热流均匀分布相比,轴向热流线性增大或减小分别使系统稳定性增强或减弱;入口过冷度较低时,轴向热流余弦分布提高系统稳定性;入口过冷度较高时,系统稳定性可能增强也可能减弱. 与轴向热流余弦分布相比,峰值偏向入口或出口分别会降低或提高系统稳定性. 径向不均匀加热对系统稳定性影响较小. 增大径向入口节流不均匀性时系统稳定性有减小的趋势,增大任一通道入口节流系数均可提高系统的稳定性.     

"广义匹配规律"在多涂层吸波材料设计中的应用

应用广义匹配规律(GML)给出了多涂层吸波材料的功率反射率公式,定义了广义匹配规律的匹配常数M,并讨论了匹配常数M与功率反射率Rp、百分比功率反射率Rhp、涂层厚度d、相对介电常数εr、相对磁导率μr的关系.指出随着厚度d的增大,当M＞1时,Rbp开始时下降迅速,然后很快趋于0;当M＜1时,Rbp开始时下降迅速,随后出现振荡并随d的增大而趋于某一定值,但当M＜1且介质和空气的阻抗完全匹配时,振荡消失;M=1时为临界情况.另外指出,在d很小且1≤μ'r≤4的要求下,要使Rp有较大的分贝数,M应取大于1的值,而且发现优化ε"r对Rp的提高并不明显,而优化μ"r则是主要的,这也证明了全貌分析方法提出的观点.     

基于最佳灵敏度向量和差异系数的线路过载紧急控制策略

为快速有效地消除线路过载,提出了一种基于最佳灵敏度向量和配对灵敏度差异系数的线路过载紧急控制策略。采用图论确定广义潮流转移区域,利用线路过载功率和热稳定功率极限确定最佳灵敏度向量。由节点灵敏度向量在最佳灵敏度向量上的投影值将过载线路所在的广义潮流转移区域内的控制节点分类并选择控制节点对。根据正常线路与过载线路的配对灵敏度向量计算差异系数,筛选确定消除过载过程中功率可能增加大的支路构成安全约束集。利用投影法选择控制节点对调节能减少调节过程需要的调整量和轮次。安全约束集线路代替全网正常线路做为正常支路约束,减少计算量同时加快紧急控制速度。IEEE39节点系统的仿真验证了本文方法的有效性。     

汽车建模及其动力学特性分析

研究汽车的振动特性,简化出具有独立悬架的七自由度非线性动力学模型,推导其振动微分方程,并整理成矩阵形式,运用数值仿真方法研究汽车悬架刚度、悬架阻尼系数和轮胎刚度等参数对汽车悬架振动特性的影响.结果表明:系统的共振区间为f=0.8~3.0;在共振区域时,随着悬架刚度、悬架阻尼和轮胎刚度的增加,汽车的稳定性、安全性下降,但当频率足够高时,悬架振动幅值的变化并不明显;随着系统参数的变化,悬架1、3的幅值变化剧烈,悬架2、4的幅值变化不是很明显.因此,在设计悬架时应该选择合理的结构参数.     

基于Peters-ONERA模型的失速颤振特性研究

采用Peters模型模拟线性气动力,ONERA失速模型模拟由于动态失速引起的非线性气动力,通过耦合结构运动方程,建立了状态空间(state-space)形式的气动弹性控制方程。采用欧拉预估-校正方法对该方程进行时域推进求解,采用特征根轨迹分析技术在频域内对气动弹性系统进行稳定性分析。基于Peters-ONERA气动力模型对动态失速现象进行模拟,结果表明该气动力模型可以准确地捕捉动态失速气动力的主要特征。采用该气动弹性模型对亚松弛迭代(under relaxation iteration)方法在静气动弹性求解稳定性中的影响进行了研究,研究结果表明,亚松弛迭代可以增强静气弹求解的稳定性。分别采用频域和时域方法对失速颤振中的颤振临界特性和分岔(bifurcation)现象进行了研究,并分析了初始扰动对系统响应的影响。研究发现:(1)在大攻角下,非线性气动力模态与结构模态的耦合可能导致结构模态的失稳,从而诱发系统的单自由度颤振;(2)初始攻角的改变会显著影响系统的分岔特性;(3)在不同的扰动范围内,气动弹性系统对扰动的敏感度不同,扰动增强可能会使系统原先稳定的状态被激发为极限环振荡(limit cycle oscillation,LCO)状态。     

大跨柔性光伏支架结构风压特性及风振响应

大跨柔性光伏支架结构因具有良好的场地适应性和经济性而得到越来越多的应用。为完善此类光伏支架结构的抗风设计方法,通过对一种可变倾角的大跨柔性光伏支架结构进行刚性模型风洞测压试验,研究了光伏组件板面的平均风压和脉动风压系数在不同风向角和倾角组合下的分布特性以及全风向角下组件的极值风压变化规律,并给出了典型风向角下的脉动风压功率谱图。在此基础上,结合光伏组件的风压分布特点,采用ANSYS有限元软件仿真研究了该种柔性支撑光伏支架的风振响应并进一步计算得到了相应的风振系数。研究结果表明：在0°和180°风向角下,平均风压系数沿来流方向梯度分布且绝对值迅速衰减;随着风向角的增大,风压系数绝对值的最大值出现位置由迎风前缘向迎风端角部附近移动;光伏板面脉动风压分布与平均风压分布趋势类似;相比结构位移响应,钢索张力响应对风速变化不敏感,顺风向和竖向位移风振系数在U=8 m/s取得极大值,其值为2.11和1.98。本文可为光伏结构的抗风设计提供参考。     

La(Ni,Sn)5+x (x=0～0.35)贮氢合金的晶体结构与电化学性能

系统研究了La(Ni,Sn)_5+x（x=0~0.35) 无Co贮氢合金的化学计量比对其晶体结构及电化学性能的影响.X射线衍射分析仪（XRD）分析表明，上述合金均为单相CaCu₅结构.但在过计量比(x>0)合金的结构中，有部分1a位置元素（La）的原子被沿c轴定向排列的Ni-Ni“哑铃”对所替代，且其替代La原子的分数随x的增大而增多，从而导致合金晶胞的c轴及c/a比值明显增大，晶胞体积有所减小，并显著降低了合金的吸氢体积膨胀率.电化学测试表明，增大x值可使合金的循环稳定性得到显著提高，但也使合金的最大放电容量和高倍率放电性能有所降低.研究发现，由于合金的化学计量比增大会使其结构中含有较多的Ni-Ni“哑铃”对，合金的抗吸氢粉化能力得到了明显的改善，从而使合金在充放电过程中的反应比表面积有所减小、腐蚀速率得到抑制、循环稳定性得到显著提高.但合金反应比表面积的减小也导致了电极反应的速率的减小，从而使其高倍率放电性能有所降低.     

小型强化内燃机燃烧室爆震流场及波致疲劳模拟

为了研究小型强化内燃机燃烧室在爆震工况下的可靠性,本文以小型强化内燃机热力学系统简化模型为基础,建立了燃烧室内热力学参数之间的数值关系。基于Rover K16内燃机模型,采用有限元模拟燃烧室爆震现象,对活塞进行热-机耦合仿真,预测活塞进行爆震工况下的寿命。通过改变缸内空燃比,得到了不同工况下的缸压曲线,验证了爆震激励实验。研究结果表明：爆震的发生没有使应力超过活塞的强度极限,但大幅度增加了活塞的应力及变形值,而且改变了活塞的危险点位置。活塞顶面外缘压力最大,达到210 MPa,远超过燃烧室中心高压区域的初始赋值。最先发生破坏的位置在活塞顶面中心、活塞内腔交界处及第1气环处,计算得到内燃机可连续运行249 398 km,达到规定里程22万km。本文方法能够有效模拟爆震冲击波对活塞寿命产生的影响,对小型强化内燃机爆震工况下的寿命预测起到指导作用。     

Analysis on Critical Force of Unidirectional CFRP Slender Column

单向CFRP细长压杆临界力研究

边文凤¹,邵维一¹,王宝铭²

（1.哈尔滨工业大学（威海）土木工程系,威海 264209,山东;

2. 威海光威复合材料股份有限公司,威海 264209,山东）

创新点说明：

1）材料的制作运用两步法压力成型,对此种成型工艺制作的CFRP材料研究较少。

2）压杆临界力实验采用的实验装置比较精确,同时两端夹具是自己设计的,减少了很多实验误差,实验结果较为准确。

3）通过分析实验结果提出修正的柏利公式有一定的适用性。

研究目的：

纤维增强复合材料（简称FRP）具有轻质高强耐腐蚀等特性,适用于腐蚀环境与大跨度结构,针对大跨度空间结构中的杆件,本文以碳纤维增强复合材料（简称CFRP）的细长杆件为研究对象,研究其稳定性。目前对于FRP材料压杆临界力的研究集中于GFRP的研究,对于CFRP材料研究较少,同时对于两步法压力成型CFRP鲜有研究。鉴于此,在国内外研究成果基础上对两步法压力成型CFRP压杆临界力进行研究,提出一个适合此类材料的经验公式。

研究方法：

1）CFRP材料力学性能实验。本试验材料由威海光威复合材料有限公司提供,选用T300碳纤维丝与环氧树脂基体,树脂的质量含量为33%拉伸试验在WDW-100电子万能试验机上进行,通过引伸计来测得应变。试验加载分预加载和正式加载,根据GB/T1447-2005的相关规定进行。

2）CFRP材料压杆临界力实验。用于压杆临界力测试材料与拉伸试验材料为同一种材料,制作矩形试件两组,其截面尺寸分别为20 mm×2 mm和20 mm×1.2 mm,长度分别为364、309、254、199、144 mm。试验加载采用XL3410S型多功能压杆稳定实验装置。

研究结果：

1）通过材料力学性能实验得出CFRP材料应力应变呈明显的线弹性,同时材料破坏突然发生,属于脆性破坏。实际测得CFRP材料弹性模量为131.1 GPa,比例极限为1 700 MPa。

2）压杆临界力实验出现两种曲线,一种是压杆稳定实验中较为理想状态会产生的曲线,荷载先升到很高,而后回落趋近Pcr,但另一种是实际实验中的压杆由于不可避免的存在初曲率、材料不均匀,荷载偏心等因素的影响,从而在荷载小于Pcr时,压杆也会发生微小的弯曲变形,当接近Pcr时,弯曲变形会突然增大而丧失稳定。

3）经典的欧拉公式及考虑剪切变形影响修正后的欧拉公式的预测值与试验值的平均误差并不算太大,在10%左右;

4）比较实验结果发现,部分杆件压杆临界力的试验值高于两个欧拉公式的预测值,而另一部分杆件压杆临界力的实际值却低于两个欧拉公式的预测值,这对于设计是不利的。

5）考虑剪切变形的欧拉公式虽然提高了预测精度,但十分有限,约提高了1%。

6）最终提出修正的柏利公式与试验结果比较接近,同时预测结果比试验结果偏低,有利于实际生产设计使用。此公式适用于单向细长矩形FRP杆材。

结论：

1）在拉伸试验中CFRP杆件呈现明显的线弹性,且破坏突然发生,属于脆性破坏。

2）通过对不同长细比的杆件进行轴心受压试验,得到临界应力值与欧拉公式结果比较接近,但是不稳定,无法判断预测值大于或小于实际值,考虑剪切变形的欧拉公式提高了预测精度,但是影响不大。

3）通过对比分析得出的修正的柏利公式可用于实际生产设计,适用于单向细长矩形FRP杆材。应用该公式既保证了精度,同时计算结果低于试验值,有利于安全设计。

关键词：单向CFRP;细长压杆;临界力;稳定系数;修正的柏利公式

     

东昆仑大水沟—带花岗岩体锆石年龄、岩石地球化学特征及地质意义

东昆仑造山带大水沟—带花岗岩体位于东昆仑造山带中段, 主要由正长花岗岩和少量的二长花岗岩组成。本文对该花岗岩体开展了锆石U-Pb 年代学、主量元素、微量元素及矿质元素研究: 正长花岗岩的锆石U-Pb 年龄为395±3 Ma, 属早泥盆世; 主量元素组成上, 正长花岗岩具高硅(SiO₂ 70. 78%~75. 14%)、富钾(Na₂O/ K₂O=0. 43~0. 75)特点, 二长花岗岩具高硅(SiO₂ 67. 93%~70. 41%)、 主体富钠(Na₂O/ K₂O=0. 73~1. 35)特点; 两种岩性属弱过铝质(A/ CNK=0. 95~1. 22)钙碱性-钾玄岩系列。微量元素显示轻稀土、高场强元素Zr、Hf、U、Th、Ce 及大离子亲石元素K、Rb 相对富集, 亏损Ba、Sr、P 和Eu; δEu=0. 01~0. 66,具典型的海鸥式REE 分配模式, 表现为同源岩浆演化且岩浆分异特征明显。花岗岩体具低Sr 高Yb 型特征, 源区物质来源为壳-幔混合物质, 整体显示为A₂ 型花岗岩, 构造环境属造山型花岗岩。在实测剖面中获得正长花岗岩及二长花岗岩的10 个成矿元素分析数据, 与中国花岗岩、青海省主要成矿带及邻近成矿带平均元素丰度值进行对比, 初步得到不同岩性、不同类型花岗岩富集的矿质元素为Y、Nb、Sb、Sn、Zn、Co 等。与区域上已发现的成矿花岗岩体进行成因对比, 认为研究区有较好的找矿前景, 应引起足够的重视。     

竹筋混凝土板的初步研究

用竹筋混凝土建造楼板在我国已有四十多年历史。过去建造这种楼板未经过计算,竹筋也未经过防水、防腐及防虫处理。竹筋和混凝土间的粘着力很低,因此在建筑工程中推广应用便受到了限制。鉴于竹材的抗拉强度很高,容易加工,在我国产量丰富,价格低廉,许多机关都开始了竹结构和竹筋混凝土的研究。自1955年10月起,哈尔滨工业大学在苏联专家科学技术博士M.E.卡冈(M.E)教授的指导下开始了竹筋混凝土板的研究。这些研究包括了竹筋的防水问题和竹筋混凝土板工作的理论及试验分析。未经防水处理的竹筋放置在混凝土内,由于竹筋吸水膨胀,使混凝土表面出现裂缝。为验算放置板内的竹筋因吸水而引起纵向裂缝,拟定了近似计算公式:不考虑竹筋及混凝土的共同工作时,(ε_w E_(α90)+ε_y E_(бp))[1+3.5((1/2)-(a/h))](d/n)(?)R_p;考虑竹筋及混凝土的共同工作时,(ε_w E_(α90)+ε_y E_(бp))/(1+(E_(α90)d)/(E_(бp)h))[1+3.5((1/2)-(a/h))](d/h)(?)R_p.式中ε_w——竹筋的横向单位压缩,其值等于竹的切向线胀系数;E_(α90)——竹的切向横纹抗压弹性模数;ε_y——混凝土的收缩;E_(бp)及R_p——混凝土抗拉弹性模数及混凝土的抗拉强度极限;3.5——混凝土受弯工作时的修正系数;c 及d——竹筋的宽度及厚度;h——板的厚度;α——竹筋截面中心至板底的距离(参看图1)。以上两式中考虑了竹筋的偏心位置的影响,但未考虑空间应力状态和沿竹筋厚度不均匀线胀系数的影响。减小未经防水处理竹筋的截面尺寸可以消除板内裂缝。试验确定,采用竹筋截面尺寸小于10×5MM 以下时板内不出现由竹筋膨胀而引起的裂缝。保护层厚度在2.5—3.5CM 间变化对裂缝没有显著影响。测定了涂刷酚醛防水胶(3胶)、热沥青及酚醛防水漆(天津永明厂出品)的竹筋试件的吸水性。试验说明,竹筋表面复盖各种涂料时其吸水速度均将变慢。涂3胶的竹筋吸水百分率最低,而涂热沥青的最高(参看图5)。涂刷3胶的竹筋试件浸水三天后,其吸水百分率较未涂刷者低27.7倍;而同样涂刷永明漆和热沥青的竹筋试件的吸水百分率则相应低8.6及6.6倍。共进行了19块竹筋混凝土板的静载荷试验。这些板曾按允许应力计算法、按破坏阶段计算法(强度总安全系数为K=3、K=4及K=5)、按裂缝开展计算法和按粘着力计算法进行计算。试验时计算荷载系根据按破坏阶段计算法K=5计算而得。试验结果如下(当混凝土标号为110号时):用小截面竹筋(截面尺寸小于12×7MM)配筋的板具有较好的工作。这种板在试验时由于竹筋表面积较大,竹筋和混凝土间有足够的粘着力。这种板的破坏原因是竹筋的断裂。试验证明,这种板的实际破坏荷载超过了计算破坏荷载,因此在保证板的刚度及裂缝开展的条件下还有可能将安全系数K=5略为降低。用大(?)面竹筋(试验时采用截面尺寸大于15×7MM 者)配筋时必须复盖涂料进行防水处理。这种板在试验时横向裂缝出现较早,裂缝开展较大且分布较稀。和用小截面竹筋配筋的板相比较,在设计使用荷载时其挠度值较大。由于竹筋和混凝土间的粘着力较低,在计算破坏荷载前竹筋已在板内滑动,而没有断裂。这种板的实际破坏荷载较设计使用荷载仅大2—3倍,所以在这种情形下不可能充分利用板的承载能力。试验说明,用大截面竹筋配筋的板应特意地计算竹筋和混凝土间的粘着力,这在钢筋混凝土结构中一般是不须计算的。粘着力计算的实质如下:由竹筋所承受的从混凝土中拔出的力T=ω~τсцm Sl/2;竹筋沿混凝土的滑移力T'=τ_α(bl/4)=Ql/4z;保证竹筋和混凝土间粘着力的条件为T'(?)T.式中τ_(сц)——竹筋和混凝土间的粘着力强度;ω——沿竹筋长度粘着力图形的完整系数;m——竹筋根数;S——竹筋截面的周界;Q——板中切力;τ_α=Q/bz——支座处板中的切应力;b 及l——竹筋混凝土板的宽度及跨度。计算粘着力时采取了ω=0.5及清华大学工程结构教研组研究的数据τ_(сц)=3.4 кг/см~2。所进行的试验证明了试验研究结果和理论分析结果相符。由于从低的竹筋和混凝土间粘着力所设计的板不能充分利用其承载能力,对用大截面竹筋配筋的竹筋混凝土板必须研究增进竹筋和混凝土间粘着力的措施。同济大学圬工教研组所建议的按裂缝开展计算理论假设φ=1及裂缝间距为常数,不能反映竹筋混凝土板的真实工作,因为对用小截面竹筋配筋的板按此理论计算得出过高的强度储备,而对用大截面竹筋配筋的板,又没有考虑到对这种板起很大作用的竹筋和混凝土共同工作的情况。按极限状态计算法是竹筋混凝土板计算理论发展的主要方向,制定此计算法必须一系列数据:板的持久强度系数、计算裂缝开展时所采用的修正系数φ、竹筋和混凝土间的粘着力强度等。此外还必须进行竹筋混凝土板的耐火性及耐久性的研究。为加速在建筑工程中推广竹筋混凝土,所有这些问题都要系统地进行研究。     

室温热电材料研究进展（英文）

热电材料可直接在电能与热能之间直接转换,其在室温附近的应用广受关注。材料性能可由与效率正相关的热电优值ZT衡量。高ZT值热电材料需同时具有较低的晶格热导率、恰当的载流子浓度、合适的能带结构和理想的微观组织。本文综述了Bi_2Te_3系、α-MgAgSb以及half-Heusler合金等几种高ZT值室温热电材料的最新研究进展,并就未来研究做出展望。Bi_2Te_3基材料是目前为止研究最为广泛的室温热电材料。Bi_2Te_3空间群为R3m,在c轴方向形成以共价结合的Te-Bi-Te-Bi-Te为重叠单元的层状结构,单元与单元之间以范德华力结合。这一晶体结构使得该材料禁带宽度为0.15 eV,价带顶或导带底为6重能谷,从而同时具备了较高的电导率和Seebeck系数。也由于该材料中包含了重元素和弱键合,其晶格热导率比较低。因此,以Bi_2Te_3为基础形成了性能较好的p型(Bi_2Te_3)-(Sb_2Te_3)和n型(Bi_2Te_3)-(Bi_2Se_3)赝二元体系。p型Bi_2Te_3基材料方面,受超晶格材料极低热导率(～0.22 Wm~(-1)K~(-1))的启发,任志锋和陈刚联合课题组率先用简单的球磨加快速热压工艺在p型Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3块体材料中获得了5～50 nm的晶粒,增强了声子散射,降低了晶格热导率,使ZT峰值达到了1.4。自此以后,多种引入纳米复合物以增强声子散射的研究得以开展。2015年,韩国Kim课题组甚至将Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3晶格热导率降低到了0.33 Wm~(-1)K~(-1),使该材料ZT峰值达到1.86,遗憾的是该结果未能被其他课题组重复。最近有研究表明,这一优异性能并非来源于Kim课题组所称的对中频声子的有效散射,而是忽略了各向异性导致的。另一个有趣的现象是性能优越的p型(Bi_(1-x)Sb_x)_2Te_3材料通常在x=0.75附近出现。以前曾有人认为这是由于此时价带平坦化后有效质量增加的原因,但G.J.Snyder等认为这是由于x=0.75时,第一价带与第二价带重叠,从而增加了参与输运的能带数量输运导致的。数据表明,这一模型与实验结果更吻合。相对于Bi_2Te_3基p型(Bi_2Te_3)-(Sb2Te3)材料,n型(Bi_2Te_3)-(Bi2Se3)材料则性能略低(ZT～1.2)。这主要是因为:该类p型材料可通过调控晶格缺陷来调控载流子浓度,而n型则通常只能通过掺杂来调控;p型材料在Bi/Sb为0.5/1.5时声子散射最强烈,同时还发生能带聚集;p型材料中电导与热导各向同向,而n型则各向异性,使得组织结构纳米化对降低n型材料热导率效果甚微。α-MgAgSb是2014年才进入人们视野的高性能室温热电材料,具有四方晶系结构,兼具低晶格热导率和高功率因子,因而峰值ZT达到1.4。近年来,对该材料结构的深入研究揭示了其晶格热导率低的原因:晶胞体积大、Ag-Sb间的弱键合、高密度Ag空位、Ag~+和Mg~(2+)的迁移引起的横声子模软化、U过程中强烈的非谐作用(大Grüneisen因子)、宽频声子散射等。独特的晶体结构决定了α-MgAgSb独特的能带结构。价带顶附近,其聚集能谷数为8,而导带底附近则为1,因而,仅p型α-MgAgSb热电优值较高。对该材料,通过掺杂提高载流子浓度以优化功率因子是必要的手段。在众多掺杂元素中,Li掺杂效果最好,可使载流子浓度和功率因子分别达到～1.2×1020cm~(-3)和～24μW cm~(-1)K~(-2)。由于其优异的性能和与Ag电极之间的低接触电阻,单臂p型α-MgAgSb器件拥有目前为止室温附近最高的热能-电能测试效率8.5%。Half-Heusler是另一类在热电发电领域极具前景的材料,除了具有较高的热电性能外,该材料稳定性和机械性能还异常好。最近的研究表明,常规材料中占主导作用的电子-声子耦合在该材料中被大幅度抑制是其高功率因子的起源;p型ZrCoSb和n型ZrNiSn功率因子分别可达～30和～50μW cm~(-1)K~(-2),而p型Nb_(0.95)M_(0.05)FeSb(M=Ti,Hf,Zr)更是高达100μW cm~(-1)K~(-2)。然而,由于该类材料热导率很高,使得其室温ZT仅0.3左右。尽管室温热电材料研究取得了明显的进展,但仍需在以下方面进行攻关:降低n型Bi_2Te_3基热电材料热导率使其ZT值可与p型同系材料匹配;寻找可在机械性能、热电性能上与p型α-MgAgSb匹配的n型MgAgSb或类似材料;降低NbF eS b基材料热导率及寻找其n型配对材料。     

室温热电材料研究进展

热电材料可直接在电能与热能之间直接转换,其在室温附近的应用广受关注。材料性能可由与效率正相关的热电优值ZT衡量。高ZT值热电材料需同时具有较低的晶格热导率、恰当的载流子浓度、合适的能带结构和理想的微观组织。本文综述了Bi₂Te₃系、α-MgAgSb以及half-Heusler合金等几种高ZT值室温热电材料的最新研究进展,并就未来研究做出展望。Bi₂Te₃基材料是目前为止研究最为广泛的室温热电材料。Bi₂Te₃空间群为R3m,在c轴方向形成以共价结合的Te-Bi-Te-Bi-Te为重叠单元的层状结构,单元与单元之间以范德华力结合。这一晶体结构使得该材料禁带宽度为0.15 eV,价带顶或导带底为6重能谷,从而同时具备了较高的电导率和Seebeck系数。也由于该材料中包含了重元素和弱键合,其晶格热导率比较低。因此,以Bi₂Te₃为基础形成了性能较好的p型(Bi₂Te₃)-(Sb₂Te₃)和n型(Bi₂Te₃)-(Bi₂Se₃)赝二元体系。p型Bi₂Te₃基材料方面,受超晶格材料极低热导率(~0.22 Wm-1K-1)的启发,任志锋和陈刚联合课题组率先用简单的球磨加快速热压工艺在p型Bi_0.4Sb_1.6Te₃块体材料中获得了5~50 nm的晶粒,增强了声子散射,降低了晶格热导率,使ZT峰值达到了1.4。自此以后,多种引入纳米复合物以增强声子散射的研究得以开展。2015年,韩国Kim课题组甚至将Bi_0.5Sb_1.5Te₃晶格热导率降低到了0.33 Wm-1K-1,使该材料ZT峰值达到1.86,遗憾的是该结果未能被其他课题组重复。最近有研究表明,这一优异性能并非来源于Kim课题组所称的对中频声子的有效散射,而是忽略了各向异性导致的。另一个有趣的现象是性能优越的p型(Bi_1-xSb_x)₂Te₃材料通常在x=0.75附近出现。以前曾有人认为这是由于此时价带平坦化后有效质量增加的原因,但G. J. Snyder等认为这是由于x=0.75时,第一价带与第二价带重叠,从而增加了参与输运的能带数量输运导致的。数据表明,这一模型与实验结果更吻合。相对于Bi₂Te₃基p型(Bi₂Te₃)-(Sb₂Te₃)材料,n型(Bi₂Te₃)-(Bi₂Se₃)材料则性能略低(ZT~1.2)。这主要是因为:该类p型材料可通过调控晶格缺陷来调控载流子浓度,而n型则通常只能通过掺杂来调控;p型材料在Bi/Sb为0.5/1.5时声子散射最强烈,同时还发生能带聚集;p型材料中电导与热导各向同向,而n型则各向异性,使得组织结构纳米化对降低n型材料热导率效果甚微。α-MgAgSb是2014年才进入人们视野的高性能室温热电材料,具有四方晶系结构,兼具低晶格热导率和高功率因子,因而峰值ZT达到1.4。近年来,对该材料结构的深入研究揭示了其晶格热导率低的原因:晶胞体积大、Ag-Sb间的弱键合、高密度Ag空位、Ag+和Mg2+的迁移引起的横声子模软化、U过程中强烈的非谐作用(大Grüneisen因子)、宽频声子散射等。独特的晶体结构决定了α-MgAgSb独特的能带结构。价带顶附近,其聚集能谷数为8,而导带底附近则为1,因而,仅p型α-MgAgSb热电优值较高。对该材料,通过掺杂提高载流子浓度以优化功率因子是必要的手段。在众多掺杂元素中,Li掺杂效果最好,可使载流子浓度和功率因子分别达到~1.2 ×1020 cm-3和~24 μW cm-1 K-2。由于其优异的性能和与Ag电极之间的低接触电阻,单臂p型α-MgAgSb器件拥有目前为止室温附近最高的热能-电能测试效率8.5%。Half-Heusler是另一类在热电发电领域极具前景的材料,除了具有较高的热电性能外,该材料稳定性和机械性能还异常好。最近的研究表明,常规材料中占主导作用的电子-声子耦合在该材料中被大幅度抑制是其高功率因子的起源;p型ZrCoSb和n型ZrNiSn功率因子分别可达~30和~50 μW cm-1 K-2,而p型Nb_0.95M_0.05FeSb (M=Ti, Hf, Zr)更是高达100 μW cm-1 K-2。然而,由于该类材料热导率很高,使得其室温ZT仅0.3左右。尽管室温热电材料研究取得了明显的进展,但仍需在以下方面进行攻关:降低n型Bi₂Te₃基热电材料热导率使其ZT值可与p型同系材料匹配;寻找可在机械性能、热电性能上与p型α-MgAgSb匹配的n型MgAgSb或类似材料;降低NbFeSb基材料热导率及寻找其n型配对材料。     

顶板岩层诱发冲击的冲能原理及其应用研究

针对顶板岩层对煤体冲击的影响作用机理,采用实验室物理模拟试验、UDEC 4.0离散元数值模拟试验、理论分析和工程实践验证这4种方法进行了研究,提出了煤岩冲击破坏和顶板岩层诱发冲击的冲能原理以及冲击破坏判别准则,并在工程实践中进行了应用和验证.根据煤岩冲击破坏动能试验和煤岩破坏的应力-应变曲线能量演化规律分析结果,具有冲击倾向性的煤岩样在载荷作用下破坏时将产生强烈震动和脆性冲击型破坏,破碎的煤块具有一定的初始动能并以一定的初速度脱离煤体,把这些煤岩样冲击破坏时碎块冲出的动能定义为该煤岩样的冲能,即冲出的能量,从而建立了煤岩冲击破坏的"冲能原理"和"冲能判别准则".通过岩板断裂震动物理模拟试验和数值模拟试验研究,得到顶板断裂过程中可产生强烈震动冲击载荷、致使煤岩破坏时的冲能、冲击危险性升高的研究结果;顶板断裂震动持续时间与顶板厚度呈线性关系,对煤体的震动损伤与顶板厚度呈乘幂关系,从极限悬顶长度的一半开始,煤体的冲击危险性显著升高,顶板岩层释放的能量与岩层强度呈对数关系;岩层运动产生的动能和释放的总能量分别与顶板厚度呈指数和乘幂关系.将顶板岩层诱发冲击矿压的机理分为处于稳定态岩层的"稳态诱冲机理"和处于运动态岩层的"动态诱冲机理"2种类型,岩层的"稳态诱冲机理"是指当顶板岩层不发生大规模破断或滑移垮落时,由岩层内部储存的弹性能的突然释放而导致的煤体冲击机理,稳态诱冲机理研究确定了影响煤岩破坏的2个重要初始参量--煤体的应力基数P.和能量基数U.,应力基数决定了破坏的条件,能量基数决定了破坏时释放能量的大小."动态诱冲机理"是指由顶板岩层发生大规模破断或滑移垮落产生的强烈震动和释放的大量冲击能等动载荷导致的煤体冲击破坏机理,分析了顶板岩层断裂和滑移的震动特性,坚硬厚层项板岩层在诱冲方面的作用主要表现在以较高频率的冲击载荷方式对煤体造成损伤;稳态岩层和动态岩层在诱发煤体冲击的时候都以动态的形式释放能量并参与到煤体破坏时的冲能当中,在满足冲能判别准则的情况下均可诱发冲击矿压,由此形成"顶板岩层诱发冲击矿压的冲能原理".基于岩体介质中能量传播规律和岩层影响冲击危险性的不同程度,提出了岩层影响下的煤体冲击危险"诱冲关键层"判别准则和诱冲关键层的判断方法,按照传播至煤体能量的大小给出了岩层的诱冲系数点Kb=E'k/Er0.和对应的能量值,用来表征岩层诱发冲击矿压的可能性大小.2个具有冲击危险的煤矿通过控制顶板岩层和控制煤体以降低"岩层-煤体"系统冲能进行冲击矿压防治的工程实践验证了本文关于"项板岩层诱发冲击矿压的冲能原理"研究结果的实用性与可靠性.