微观力学

摘要： 从1961年Békésy揭示耳蜗内行波现象,开创实验听力学而获得诺贝尔生理学奖以来,耳蜗力学研究已取得了一系列重要成果和进展,尤其是外毛细胞主动响应机制和耳声发射现象的发现,并在临床中得以广泛应用,使得耳蜗微观力学领域成为持续研究的热点。随着“内耳振动测量技术”的不断创新迭代,Corti器微米级分辨率振动测量技术持续进步与成熟。

摘要： 角砾岩破碎带是隧道施工中比较常见的不良地质现象,对于角砾岩多为宏观尺度上的力学性质研究,很少涉及微观尺度上的矿物力学特性。本文通过扫描电子显微镜(SEM)观测角砾岩矿物组成成分,借助原子力显微镜(AFM)获得矿物成分的杨氏模量,根据材料随机模型获得宏观杨氏模量。研究结果表明:角砾岩岩样的矿物组成和体积占比分别是:石英占比20%,钾长石占比40%,斜长石占比40%;AFM测出岩样中石英、钾长石、斜长石三种矿物的杨氏模量为99.13 GPa、91.78 GPa、63.36 GPa;角砾岩材料随机模型杨氏模量为81.20 GPa。本文提出一种基于原子力显微镜的微观岩石测试方法,测得角砾岩岩样的组成成分和微观力学性质,为从岩样中获得力学性质提供了一种新型的研究方法。

摘要： 制备了不同杨木纤维含量的杨木纤维/聚乙烯复合材料,利用Hirsch模型、Kelly-Tyson模型和Bowyer-Bader模型对杨木纤维/聚乙烯复合材料的微观力学进行建模,通过对杨木纤维/聚乙烯复合材料及塑料基体的拉伸应力-应变曲线和杨木纤维长度分布的研究,计算得到杨木纤维在聚乙烯基体中的取向系数、界面剪切强度和本征抗拉强度,解释了杨木纤维/聚乙烯复合材料拉伸性能的变化规律.此外,利用微观力学模型计算得到了亚临界纤维、超临界纤维、塑料基体对杨木纤维/聚乙烯复合材料拉伸强度的贡献比例.

摘要： 为了模拟研究混凝土海水环境下的侵蚀损伤及劣化规律,采用质量分数10％?Na2SO4溶液对混凝土试样进行不同渗透压和不同时长下的室内侵蚀试验.?结合微米压痕试验、CT扫描试验和电子显微镜扫描试验,对高渗透压-硫酸盐耦合侵蚀作用下混凝土的侵蚀损伤及微观力学性能进行研究.?试验结果显示,渗透压加速了离子迁移,主要起到了促进化学侵蚀作用.?渗透压越大,混凝土化学损伤速率越快,侵蚀深度越深;骨料与砂浆胶结处是易侵蚀、易破坏的薄弱点;混凝土内部孔隙易生成水化产物,高渗透压下容易生成大量短柱状石膏晶体及细密的针状钙矾石晶体.

摘要： PEMFC密封结构的泄漏机理模型及应力松弛影响,摘要:针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的金属双极板的压缩密封结构提出了一套泄漏率理论预测方法.该方法以基于粗糙间隙流动数值分析的泄漏机理模型为基础,耦合了粗糙元微观力学变形特性分析和橡胶垫片宏观力学变形特性分析.由于不依赖任何经验参数,该方法可以被用来定量评价各种因素对密封结构密封性能的影响,包括密封材料的长期应力松弛行为.

摘要： 基于Hsueh模型的应力场分布,采用代表性体积单元(RVE)平均近似方法,推导出可以退化成Halpin-Tsai模型的泊松比v12的显性表达式,与桥联模型基本重合.结合Fu模型和Giner模型,引入与纤维长径比(l/a)相关的指数衰减函数得到横向模量E22修正的Halpin-Tsai模型,与自洽模型重合.基于泊松比各向同性假设而推导出的泊松比v23与有限元结果逼近,远优于Halpin-Tsai模型;基于逆向工程,修正了被Halpin-Tsai模型低估的剪切模量G23.基于经典的层合板分析方法(LAA),引入纤维长度分布(FLD)及纤维取向广义分布函数,对两种注塑成型短玻璃纤维增强热塑性树脂(FRT)复合材料的弹性常数进行预测.结果 表明:4个微观力学组合模型均很好地预测了复合材料的弹性常数,但纤维长度质量分布的预测结果比纤维长度数量分布的结果更为合理,特别是对于纵向杨氏模量EL的改进效果大于5％.

摘要： 沥青混合料在全气候条件下老化能更加正确模拟沥青路面中的沥青料实际老化规律.本研究将沥青混合料放入全气候老化加速仪中进行不同时间老化后,抽提其中的SBS改性沥青并进行原子力显微镜(AFM)试验及动态剪切流变(DSR)试验,分别探索老化后沥青的微观性能、宏观流变特性及其相关关系,为进一步研究沥青老化的机理与规律,建立一定的沥青老化模型及方程,科学预测老化后沥青性能的变化提供有效的依据.试验结果表明:(1)随着老化程度的加深,全气候老化后提取的SBS改性沥青微观形貌粗糙度变小,而微观粘附力及模量粗糙度增大,三者之间有着良好的线性关系;(2)老化程度的加深,其车辙因子增大,但随试验温度的上升,车辙因子减小.老化程度和试验温度对车辙因子的大小及其变化率都有影响;(3)全气候老化后提取的沥青微观形貌和粘附力粗糙度微观特性分别与宏观流变性有较好的线性关系,而微观模量特性与宏观流变性更接近于幂指数关系,其相关性程度取决于试验温度.

摘要： 天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源,受到了国内外的广泛关注,竞相研究安全高效、持续可控的开采方法.充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律,是实现天然气水合物资源产业化开发的重要前提.含天然气水合物土的力学响应行为本质上是其内部结构演化的宏观反映,相关的微观力学特性研究对于深化含天然气水合物土力学特性认识具有重要的意义.本文从天然气水合物晶体、天然气水合物与土颗粒界面、含天然气水合物土3个尺度对含天然气水合物土微观力学特性的研究现状进行了总结,系统归纳了天然气水合物的晶体结构类型及天然气水合物的孔隙微观赋存模式;重点介绍了计算机断层扫描、扫描电子显微镜、X射线衍射及原子力显微镜等微观测试技术原理与特点;简述了与计算机断层扫描联用的三轴剪切实验、颗粒流程序模拟及分子动力学模拟在天然气水合物微观力学特性研究方面的最新进展;综合现有研究结果对含天然气水合物土内颗粒界面剪切机理及微观力学理论模型进行了概述分析;最后探讨了含天然气水合物土微观力学研究目前仍存在的不足与挑战,并给出了针对性的建议以期促进含天然气水合物土的力学特性研究发展.

摘要： 为研究不同膨压处理对冬枣薄壁组织细胞微观力学特性的影响,分别使用0.1,0.45,0.8 mol/L的甘露醇溶液对冬枣薄壁组织进行渗透处理,使冬枣薄壁细胞处于不同的膨压状态。利用原子力显微镜对不同膨压下的冬枣薄壁细胞进行纳米压痕试验,分析比较不同膨压下冬枣薄壁细胞的微观力学特性。结果表明:高膨压、常膨压、低膨压下的杨氏模量E值分别是:(6.76±7.57),(20.21±16.95)kPa和(5.58±4.24)kPa,常膨压杨氏模量E值与低、高膨压的杨氏模量E值相比有显著性差异(P<0.05)。表观刚度值从高膨压到低膨压分别是:(0.013±0.003),(0.018±0.004),(0.008±0.002)N/m,其变化趋势与杨氏模量一致,表明杨氏模量E值可反映表观刚度的大小。高膨压、常膨压、低膨压下的黏附力分别是(102.06±163.55),(178.41±141.59),(187.96±76.17)pN,且高膨压时黏附力与常、低膨压的黏附力相比有显著性差异(P<0.05)。不同膨压会导致冬枣薄壁组织细胞微观力学特性差异,本研究结果为冬枣采后贮藏保鲜提供了理论依据。

摘要： 混凝土是现代土木工程建设的基础和关键结构材料,现代工程建设的发展对混凝土性能提出新的挑战。水化硅酸钙(C-S-H)是水泥水化最重要的产物(约占水化产物的70%),也是混凝土中最重要的胶结性物质,起到胶结砂石骨料、发挥强度的关键作用。在微观尺度上,C-S-H是一种多孔介质材料,组成结构十分复杂。因此,对C-S-H微观力学性能进行解析和设计,是认识和提高水泥基材料宏观力学性能的关键,同时也是混凝土研究领域的基础科学问题。该文旨在介绍混凝土微观力学性能表征方法、混凝土微观力学计算理论以及其在混凝土应用过程的新发现,同时展望混凝土微观力学在工程建设中的应用。

摘要： 本文基于颗粒尺度建立了考虑颗粒转动的粒状材料微观力学模型.以颗粒集合体为研究对象,考虑侧向作用和颗粒转动,基于热力学原理建立了加载过程中的力-位移、转角-位移关系式.加载过程分为三个阶段:弹性加载阶段、侧向支撑力屈服阶段和颗粒接触力矩屈服阶段.计算结果表明考虑颗粒转动的微观力学模型可以模拟加载过程中的弹性阶段、塑性硬化阶段和应变软化阶段.

摘要： 本文采用喷涂法在5mm普通浮法玻璃上制备了纳米级锐钛矿型TiO2薄膜，并进行了不同温度的热处理.采用原子力显微镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪分析了薄膜的形貌、结构和微观力学性能，讨论了热处理温度对纳米TiO2薄膜微观力学性能的影响。结果表明：随着热处理温度由20°C升高到500°C,薄膜中TiO2均变为锐钛矿型,平均晶粒尺寸略有增加,薄膜表面平整；随热处理温度从350°C升至500°C,平均粗糙度由12.516nm降低至11.433nm；热处理后纳米压痕硬度和弹性模量均有增加,分别由412.6MPa,14.9GPa增加到908.3MP8,28.4GPa；塑性指数逐渐增大,由0.028增大到0.032；摩擦因数由0.166降低到0.120。

摘要： 通过总结国内外沥青混合料微观分析的概况,介绍了沥青混合料数字化方法以及常用的力学分析方法,分析了当前沥青混合料微观分析中存在的问题,提出在未来研究中,需要解决沥青混合料微观结构的数字重构、基于微观力学的建模和分析方法两个重要问题.

摘要： 根据颗粒集合力学理论研究砂土的性状,给出了平面应变问题定义在应变空间的砂土多机构边界面塑性模型的微观力学背景.研究表明,应力存在分级结构,此概念是推导上述模型的基础.偏应力组成的第一级与具体方向接触力有关.偏应力组成的第二级由第一级偏应力组成合成得到,就是平面应变问题的应力.这种分级结构在砂土循环特性包括主应力轴方向旋转影响中扮演了极其重要的角色.

摘要： 界面的力学性能及界面的应力传递过程，对整个复合材料的宏观力学性能都会产生重要影响。本文从界面损伤的理论模型和有限元模型两个方面出发，重点对近年来在有限元分析中常见的3类纤维增强复合材料界面模型进行分析和研究。结果表明，合理选取一种有限元模型对于界面强度的研究十分重要，但测定界面拉伸强度的力学模型还待做进一步研究。

摘要： 为了对均匀、各向同性复合材料的总体有效弹性常数进行估计，基于细微观力学的观点及Eshelby等效夹杂理论，提出了一种综合方法。分析了与常规有效弹性常数估计的上限VB、下限RB及Hashin-Shtrikman上限（HSB+）、下限(HSB-)相应的均匀化对比材料的取值情况，提出了以有效弹性常数常规估计-Voigt估计、Reuss估计分别作为均匀化对比材料，从而得到比Hashin-Shtrikman上下限更紧的新上下限。文献实验数据证明，本文提出的理论和方法是合理的。

摘要： 本文采用人造板微观力学和木材细胞学理论,提出了一种利用重组微米木纤维技术形成超高强度人造板(简称:微纤板,英文缩写:MFB)的细胞裂解理论和强度参数预测方法,使纤维的排列完全满足超高强度MFB要求.从微观入手,讨论木材纤维宏观状态的性能参数.分析MFB纤维形成时细胞直径的确定方法,定量地求出细胞裂解的厚度,MFB是一种新型的利用微米加工技术生产的人造板材,它没有采用高耗能的热磨工艺.它是利用微米纤维形式制成的一种最近于木材的新型人造板,这种新型MFB成果的关键是利用细胞的合理裂解方法.本文给出了实验室样品的研究成果,采用MFB实验室样品,压出的MFB的弹性模量可以达到5171MPa、握钉力可以达到1933N.预测了MFB的应用前景预测,指出了MFB产品的优良性能和MFB的主要用途.用微观力学的方法和数学工具分析人造板力学,为新板种的创新提出一种新的途径.应用本文的理论,将单丝纤维直接变成纤维板强度构成的主体,通过改变木材细胞剖分的结构方式来剔除缺陷和纤维纯化,在这样的条件下形成MFB加工的形成机理.通过木材细胞的胞管组成结构变化,解释使人造板强度显著提高的原因.MFB具有木本色、美感、保温、绿色消费、寿命高、没有节子一类缺陷、防止变形方面等方面的用途和优势.实验提出了新的人造板板种MFB,为人造板工业的基础理论研究做出了贡献。

摘要： 本文根据球铁断裂过程中石墨及石墨-基体界面的微观力学行为,对球铁组织进行优化设计.以强相(马氏体)或强韧相(奥氏体-贝氏体组织)环包围石墨,基体组织为马氏体或奥氏体-贝氏体组织,加上适量的铁素体,并通过快速加热短时保温后淬火或等温淬火获得了结果。

摘要： 本文采用高分子材料微观力学和高分子材料分子学理论,提出了一种利用定向微米高分子纤维技术形成超高强度高分子材料的分子裂解理论和强度参数预测方法.应用本文提出的理论,可以根据纤维、高分子粘合剂、分子直径和排列的程度,建立理想状态下微米高强度定向材料在定向微米技术形成超高强度高分子材料的分子裂解理论,为高分子材料力学运用数学手段深入到分子结构研究的深度提供了一种新的理论和方法.

摘要： 在实验模拟上,本研究亦设计一套节理面力学—导水偶合行为实验装置,并成功的模拟出剪动状态下节理面的导水性变化.根据研究结果显示,仅需小量的剪位移,节理面的导水系数变化量可增加近百倍之多,而节瘤的接触面积与导水性之间的变化存有一明显关系.

摘要： 本发明涉及羟基磷灰石的制备，属于无机材料制备领域。一种微观动力学反应受限的热力学稳定态羟基磷灰石合成方法，低温下向含钙盐的微观动力学反应限定性溶液中加入磷酸盐溶液，逐步升温完成反应，然后将所获得中间态固体500～750°C下转变为热力学稳态的羟基磷灰石。采用本发明所提供的微观动力学反应受限的热力学稳定态羟基磷灰石合成方法，所制备的羟基磷灰石颗粒大小在纳米级，且分散性比较好，不存在明显的晶粒团聚体，制备的羟基磷灰石样品粒径78.72％低至100nm以下。

摘要： 本发明提供了一种基于微观润滑的球轴承动力学特性预测方法，主要考虑微观粗糙表面对润滑油膜的影响，包括具有横向纹理、纵向纹理和各向同性的粗糙表面，开展轴承接触变形、接触载荷及接触角计算，从将接触力学特性映射至轴承运动学状态及刚度特性分析，实现考虑表面粗糙纹理作用的轴承动力学特性预测。

摘要： 本发明公开的一种考虑微观织构的金属材料力学性能预测方法，属于工程材料领域。本发明实现方法为：基于晶体塑性本构框架考虑金属材料中位错强化和细晶强化两种强化机制，建立考虑位错强化、细晶强化的晶体塑性本构模型，采用晶粒滑移系特征尺寸代替平均晶粒尺寸描述复杂织构的微观组织，将该晶粒滑移系特征尺寸应用于上述晶体塑性本构模型中，进一步建立考虑位错强化、细晶强化和晶粒组织形貌的改进晶体塑性本构模型，通过改进晶体塑性本构模型建立材料几何形貌到力学特性之间的关联，实现对不同微观织构材料的微纳观力学特性准确表征，进而提高对金属材料力学性能的预测精度。本发明能够指导工程材料微观组织、材料加工工艺参数的设计和优化。

摘要： 本发明涉及一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法，该方法包括以下步骤：⑴获取材料真实微观结构的照片；⑵利用图像处理技术将步骤⑴的照片转化为二值图像；⑶将二值图像转化为掩码文件；⑷在分子动力学软件中建立步骤⑶的二值图像主体成分的单一微观结构分子动力学几何模型；⑸将步骤⑷中的几何模型进行蒙版处理，得到考虑材料真实微观结构的几何模型；⑹将步骤⑸中得到的几何模型导入到可视化软件中进行可视化处理，并与二值图像中的灰度图像进行对比，验证几何模型的准确性。本发明方法简单、易于实现，解决了因忽略材料非主要微观结构导致材料性能预测精度低的问题，可在微观层面上进一步提高材料性能仿真的精度。

摘要： 本发明公开了双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备，包括支撑底板，所述支撑底板的上表面中心通过螺栓连接的方式连接有双轴电机，双轴电机的输出轴两端均通过联轴器连接的方式连接有螺纹柱，通过环形挂钩可以将检测的拉线与第一拉力检测器或者第二拉力检测器连接，通过电动伸缩杆可以带动转动固定板转动，通过双轴电机带动螺纹柱转动，通过螺纹柱带动滑动连接座移动，通过滑动连接座来进行拉动，通过第一拉力检测器和第二拉力检测器可以进行检测，本双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备结构简单，操作简便，不但使得对检测更加方便，而且可以从拉伸力和微观力学来检测。

摘要： 本发明涉及一种双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备。所述双轴拉伸力学性能测试仪器主要针对薄膜材料进行拉伸试验，使用时将待测试的试件放入夹具上板组件和夹具下板组件之间固定，使用拉伸装置对试件进行双轴或单轴拉伸，然后利用作用力检测装置检测拉伸方向上试件所受到的力，并通过位移检测装置检测拉伸方向上试件产生的尺寸变化；同时，由于本发明提供的拉伸力学性能测试仪器的体积小，结构紧凑，可以直接与Raman光谱仪、XRD、超景深显微镜或光学显微镜相结合，实现对被测试试件的微观损伤演变进行原位表征，为研究材料的微观损伤演变规律和失效机理提供参考。

摘要： 本发明公开了一种基于微观力学和断裂力学试验方法的高韧性水泥基工程复合材料配方设计方法。包括以下步骤：(1)预定高韧性水泥基工程复合材料配方的性能；(2)确定纤维参数，如纤维类型、纤维长度、纤维直径，并进行基体参数选择如基体各组分预配、确定基体断裂韧性Km、弹性模量Em；(3)确定纤维‑基体界面参数，如摩擦粘结强度τ、化学粘结强度Gd、滑移‑硬化系数β和纤维‑界面之间的缓冲因子g；(4)根据以上参数确定纤维体积分数，然后根据材料配合比进行试验，验证材料是否满足预定性能。本发明方法与其他试验设计方法相比，在水泥基质和纤维参数的选择上具有更好的理论依据和科学性。

摘要： 本发明公开一种基于微观力学实验的层理性页岩储层可压性评估方法，收集标准页岩岩石柱样，并进行页岩岩心柱样加工，分别得到页岩层理和页岩基质测试式样；进行抛光处理；对加工页岩岩心进行微米压痕实验，得到页岩层理和页岩基质的硬度参数和杨氏模量；加工页岩岩心进行微米划痕实验，得到页岩层理和页岩基质的断裂韧性参数；对钻取层理页岩样品进行观测，通过统计地质学和分形理论计算得到层理厚度；对页岩岩屑进行矿物组分分析，得到页岩矿物组分特征；构建层理页岩组合体物理模型，并进行岩石力学参数尺度升级和计算，得到层理性页岩组合体的参数，通过组合权重方法得到层理性页岩可压性综合评价指标对拟压裂区域进行可压性判断。

摘要： 本发明设计一种岩土微观力学性质测试仪，属于岩土工程领域的室内微观试验装置。基于底座平台上布置在垂直方向上施加法向荷载的加载装置及水平方向上施加剪切切向位移的位移装置，所述施加法向荷载的加载装置的施压端设有上颗粒安装板，所述施加剪切切向位移的位移装置的施压端设有下颗粒安装板；所述上颗粒板与所述下颗粒板之间用于安装颗粒‑颗粒测试件、颗粒‑块体测试件及块体‑块体测试件。本发明提供的岩土微观力学性质测试仪，该测试仪能够测试颗粒‑颗粒、颗粒‑块体、块体‑块体不同的接触模式，研究其法向和切向的力‑位移行为，包括颗粒间摩擦和接触刚度。并能够通过伺服电机任意控制颗粒之间碰撞的力、位移以及碰撞速度。

摘要： 本实用新型涉及一种双轴拉伸力学性能测试仪器及原位微观力学性能测试设备。所述双轴拉伸力学性能测试仪器主要针对薄膜材料进行拉伸试验，使用时将待测试的试件放入夹具上板组件和夹具下板组件之间固定，使用拉伸装置对试件进行双轴或单轴拉伸，然后利用作用力检测装置检测拉伸方向上试件所受到的力，并通过位移检测装置检测拉伸方向上试件产生的尺寸变化；同时，由于本实用新型提供的拉伸力学性能测试仪器的体积小，结构紧凑，可以直接与Raman光谱仪、XRD、超景深显微镜或光学显微镜相结合，实现对被测试试件的微观损伤演变进行原位表征，为研究材料的微观损伤演变规律和失效机理提供参考。