Finite element evaluation of free-edge singular stress fields in anisotropic materials

A finite element formulation based on the work of Yamada and Okumura¹⁴ is presented to determine the order of singularity and angular variation of the stress and displacement fields surrounding a singular point on a free edge of anisotropic materials. Emphasis is placed on the computational aspects of this method when applied to configurations including fully bonded multi-material junctions intersecting a free edge as well as materials containing cracks intersecting a free edge. The study shows that the singularity of the three-dimensional stress field may be accurately determined with a relatively small number of elements only when a proper level of numerical integration is used. The method is applied to isotropic and orthotropic materials with a crack intersecting a free edge and an anisotropic three-material junction intersecting a free edge. The efficiency and accuracy of the method indicates it could be used to develop a numerical solution for the singular field that could in turn be used to create free-edge enriched finite elements.     

三维编织复合材料弹性性能数值预测及细观应力分析

基于考虑纤维束面接触的细观结构模型, 引入周期性位移边界条件, 采用细观有限元方法建立了材料的弹性性能预报模型。模型数值结果与试件实测数据吻合较好, 证明了该模型的合理有效性。经详细分析单胞在典型工况载荷作用下的细观应力分布及变形, 表明模型体现了周期性相邻单胞表面力和位移的连续性, 能获得单胞更为合理的细观应力应变场。      

基于FIB的三维表征分析技术及应用进展

聚焦离子束技术凭借其独特的微纳尺度制造能力和优势,已成为纳米科技工作者不可或缺的工具之一。随着新型FIB硬件设备的多功能化,FIB三维表征技术的不断完善,使FIB三维表征技术在材料研究领域的应用更加广泛和深入。与其他三维表征技术相比,FIB三维表征技术具有控制精度高、分析微观区域大、分辨率高等特点。FIB技术与SIMS、SEM、EDX、EBSD等系统的结合,可对不同材料进行三维空间状态下的形貌、成分、取向等信息的分析。文章简要概述了3D-SIMS、3D．Imaging／EDX、3D—EBSDg种基于FIB的三维表征技术,具体包括FIB三维表征技术的成像一切割的原理及过程。综述了几种不同表征手段在各种材料中的应用和发展。最后指出FIB三维表征技术在应用中的一些不足并对该技术发展方向进行了展望。     

近化学计量比LiNbO3晶体电畴结构观察和机理探讨

采用双坩埚提拉法(DCCZ)生长了各种不同成分的近化学计量比LiNbO₃晶体, 并用腐蚀法观察了其电畴结构. 结果表明, 化学成分对未经极化处理晶体的电畴结构起决定性作用, 当Li₂O 含量处于49.4mol%附近时, 晶体z面电畴呈现特殊的三次对称反畴; 当晶体中Li₂O含量为49.7mol%时, 晶体为完全单畴. 本文对其形成机理进行了探讨, 认为在由顺电相向铁电相转变 时, 局部铁电畴的极性方向与该处沿z轴方向的温度梯度正负密切相关, z轴生长晶体时, 由于相变发生所处位置离生长界面的距离受LiNbO₃晶体计量比影响, 所处温场固有温梯也 随之不同, 在此基础上解释了不同成分晶体的电畴结构形成原因. 最后讨论了控制铁电畴结构的工艺措施.     

面向虚拟装配系统的模型数据库构建

针对虚拟装配系统中三维模型数据量大的特点,提出在采用关系数据库表达层次模型的基础上,基于Oracle数据库的LOB(大的二进制对象)来实现三维模型及装配信息的存储与读取功能。应用VC++构建了虚拟装配系统软件平台,实现了三维模型文件在虚拟装配系统中的显示与管理。     

Core–Shell Structure and Interaction Mechanism of γ‐MnO2 Coated Sulfur for Improved Lithium‐Sulfur Batteries

Lithium‐sulfur batteries have attracted worldwide interest due to their high theoretical capacity of 1672 mAh g^?1 and low cost. However, the practical applications are hampered by capacity decay, mainly attributed to the polysulfide shuttle. Here, the authors have fabricated a solid core–shell γ‐MnO₂‐coated sulfur nanocomposite through the redox reaction between KMnO₄ and MnSO₄. The multifunctional MnO₂ shell facilitates electron and Li⁺ transport as well as efficiently prevents polysulfide dissolution via physical confinement and chemical interaction. Moreover, the γ‐MnO₂ crystallographic form also provides one‐dimensional (1D) tunnels for the Li⁺ incorporation to alleviate insoluble Li₂S₂/Li₂S deposition at high discharge rate. More importantly, the MnO₂ phase transformation to Mn₃O₄ occurs during the redox reaction between polysulfides and γ‐MnO₂ is first thoroughly investigated. The S@γ‐MnO₂ composite exhibits a good capacity retention of 82% after 300 cycles (0.5 C) and a fade rate of 0.07% per cycle over 600 cycles (1 C). The degradation mechanism can probably be elucidated that the decomposition of the surface Mn₃O₄ phase is the cause of polysulfide dissolution. The recent work thus sheds new light on the hitherto unknown surface interaction mechanism and the degradation mechanism of Li‐S cells.     

晶种对自增韧Si3N4显微结构和性能的影响

采用热压烧结－高温气压处理的方法研究了棒状β－Ｓｉ３Ｎ４晶种对Ｌａ２Ｏ３－Ｙ２Ｏ３系自增韧Ｓｉ３Ｎ４显微结构和性能的影响。结果表明,加入晶种将在组织中引入粗大柱状β－Ｓｉ３Ｎ４晶粒,分布均匀;随着晶种加入量的增加,粗大柱状β－Ｓｉ３Ｎ４晶粒数量增加,组３织明显粗化。当晶种加入量较小时（１０ｖｏｌ％）,材料具有较高的断裂韧性（￣１２ＭＰａｍ＾１／２）,同时保持较高的强度（８００￣９００ＭＰａ）,而当晶种加入量较大时,则表现为抗弯强度的明显下降。分析表明,大晶粒直径及其面积百分数是影响断裂韧性的主要因素。     

BaTiO3陶瓷中的内应力研究进展

钛酸钡是研究最多应用最广泛的钙钛矿型铁电材料,钛酸钡陶瓷中的内应力受到人们的广泛关注.综述了导致钛酸钡陶瓷产生内应力的相关要素,指出钛酸钡陶瓷中的内应力会影响介电常数、居里温度以及介温特性,总结了钛酸钡陶瓷中内应力的研究历史、当前进展及规律与机理.     

氧离子能量对离子束辅助沉积Al2O3薄膜的结构及光学性能的影响

利用氧离子束辅助脉冲反应磁控溅射技术在聚酰亚胺基底上沉积Al2O3薄膜。这项技术在溅射高纯铝靶材的同时利用低能氧离子进行氧化来控制薄膜的化学配比。研究了薄膜沉积过程中离子束辅助的作用以及离子束放电电压对Al2O3薄膜的化学成分、结构、表面形貌、光学性能以及沉积速率的影响。结果发现,离子束放电电压对薄膜的化学成分具有显著影响,当电压增加到200 V,薄膜已基本达到完全化学计量比且薄膜为非晶结构;薄膜表面粗糙度随着离子束放电电压的增加而减小,当电压达到300V时,薄膜具有最小的表面粗糙度;通过对Al2O3薄膜透射谱的测量,分析薄膜的光学特性,获得了薄膜的光学常数随离子束放电电压的变化规律,发现氧离子束辅助沉积的薄膜具有较高的折射系数和较低的消光系数;另外,薄膜的沉积速率在电压增加到300V时达到最大值70 nm/min,是未采用离子束辅助时沉积速率的5倍。     

纳米级Fe3O4对电磁波的吸收效能研究

研究了１０ｎｍ和１００ｎｍ两种粒度的Ｆｅ３Ｏ４在１￣１０００ＭＨｚ频率范围内的电磁波吸收效能。结果表明,随着频率的增加,纳米级Ｆｅ３Ｏ４的吸波能力逐渐增加,但１０ｎｍＦｅ３Ｏ４的吸波能力大于１００ｎｍ的吸波能力。且１０ｎｍＦｅ３Ｏ４的磁导率虚部（磁损耗）大于１００ｎｍＦｅ３Ｏ４的磁导率虚部,即纳米级Ｆｅ３Ｏ４的粒度越小,磁损耗越大,吸波效能越高。