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当期目录

    2021年, 第47卷, 第4期 刊出日期:2021-08-28 上一期    下一期
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    材料科学与工程
    纳米多晶强化K4169合金的组织和力学性能
    李亚敏, 周生睿, 胡伟
    2021 (4):  1-5. 
    摘要 ( 331 )   PDF(2010KB) ( 333 )  
    采用手工电弧炉熔炼、水冷铜模冷却制备了K4169合金.利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等对铸态及标准热处理态合金的组织进行了研究,并对标准热处理态合金的力学性能进行了测试.结果表明:铸态K4169合金为非晶-纳米晶材料,晶内析出相非常细小,小于10 nm;合金经标准热处理后,γ″相和γ′相以纳米多晶的形式析出;由于纳米多晶的强化作用,合金的断裂强度σb达到了1 203.91 MPa,屈服强度σ0.2为818.93MPa,延伸率δ为16.8 %,硬度则达到了112.4 HRB,合金拉伸断口特征符合韧性断裂机制.
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    Cu/Al共掺ZnO光学性质的第一性原理计算
    李维学, 高姗姗, 戴剑锋, 索忠强, 王青
    2021 (4):  6-12. 
    摘要 ( 281 )   PDF(5141KB) ( 345 )  
    利用Material Studio2017软件中基于密度泛函理论的CASTEP模块,仿真建立2×2×2的ZnO超晶胞,在相同情况下用不同比例的Cu/Al(Cu-Al、2Cu-Al和Cu-2Al)替换超晶胞中的Zn原子,得到Zn1-x-yCuxAlyO体系,对本征ZnO和各掺杂体系ZnO的电子结构和光学性质进行了第一性原理计算.结果表明:上述各掺杂体系在低能区的光吸收均发生红移,体系为简并半导体.可针对ZnO的不同用途,通过控制Cu/Al掺杂比来提高该体系在可见光范围内的光吸收或光透射.在可见光范围内,Zn0.812 5Cu0.125Al0.062 5O体系的光吸收最强,可用于制作太阳能电池板的光电极材料等;Zn0.812 5Cu0.062 5Al0.125O体系的透光率高,可用于制作高透光ZnO半导体薄膜.
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    滑动摩擦加工挤压Mg-Dy-Ni合金的显微组织、力学及腐蚀性能
    毕广利, 陈思琦, 姜静, 李元东, 张于胜, 蒋春宏
    2021 (4):  13-21. 
    摘要 ( 165 )   PDF(7416KB) ( 64 )  
    研究了滑动摩擦加工(SFT)Mg-12Dy-1.1Ni(wt.%)合金的显微组织、力学及腐蚀性能.结果表明:SFT细化了挤压合金表层的晶粒,碎化了LPSO相和Mg24Dy5颗粒相并促使其均匀分布.SFT同时提高了挤压合金的力学和腐蚀性能.SFT合金具有较高的最大抗拉强度(δUTS=356 MPa)和延伸率(ε=25%).SFT合金高的拉伸性能主要来自晶粒细化、18R-LPSO相的弥散强化和14H-LPSO相的析出强化.与挤压合金相比,SFT合金在0.1 mol NaCl溶液中浸泡1 h的失重率从3.02 mg/cm2/h降低到1.86 mg/cm2/h,腐蚀电流密度降低到2.98 mA/cm2,SFT合金良好的腐蚀性能与合金元素及第二相颗粒的均匀分布有关.
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    横向交变磁控DP-TIG焊电弧熔池特性研究
    瞿怀宇, 刘芬霞, 刘文兰, 冯晓春, 余江瑞, 付小月
    2021 (4):  22-25. 
    摘要 ( 219 )   PDF(2004KB) ( 351 )  
    外加交变磁场可改善大电流高速焊接时的焊缝成形缺陷,为获得不同励磁参数对DP-TIG(deep penetration,TIG)焊接电弧和熔池特性的影响,在横向交变磁场作用下,对12 mm的Q345B板进行了DP-TIG焊接试验.通过高速摄像系统观察电弧形态,采用小孔法测量电弧压力,基于金相腐蚀法分析熔池截面.结果表明:与无磁场作用时的DP-TIG电弧相比,在横向交变磁场作用下,DP-TIG电弧形态发生明显变化,电弧压力峰值随交变频率的增大先降低后增大,熔池截面形态由指状向锅底状过渡,且镍基堆焊时,焊缝表层铁含量在5%以内,焊材被稀释程度较低.
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    不同环境介质中TC4合金微动磨损机理研究
    宋伟, 李万佳, 俞树荣, 马荣荣
    2021 (4):  26-32. 
    摘要 ( 245 )   PDF(4283KB) ( 289 )  
    采用SRV-IV微动磨损试验机探究GCr15/TC4合金配副在空气介质和纯水环境中混合滑移状态下的微动磨损特性.使用激光共聚焦显微镜和扫描电镜表征三维形貌、磨损体积、磨损表面形貌,结合摩擦系数曲线和微动图探究在不同环境介质中TC4合金在混合滑移状态下微动磨损机制.结果表明:混合状态下,摩擦系数曲线在3种介质中变化趋势基本一致.干摩擦条件下,25 ℃空气环境中摩擦系数较高而且波动程度较大,磨损体积最大,磨损机制主要为粘着磨损和轻微的氧化磨损;300 ℃大气环境中,摩擦系数和波动程度最小,高温和摩擦热加速了磨粒的氧化形成第三体,揭示了TC4合金具有高温耐磨特性,磨损机制为粘着磨损和氧化磨损.与干摩擦相比,水覆环境中摩擦系数、波动程度以及磨损率介于两者之间,水介质起到润滑和减摩作用,磨损机制为磨粒磨损.
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    机械工程与动力工程
    云模型和集成极限学习机相结合的滚动轴承故障诊断方法
    赵荣珍, 马森财, 吴耀春
    2021 (4):  33-39. 
    摘要 ( 214 )   PDF(3066KB) ( 231 )  
    针对轴承振动信号的不确定性和非平稳性以及BP神经网络学习算法收敛速度慢、稳定性差等问题,提出了基于云模型和集成极限学习机的滚动轴承故障模式识别方法.将经预处理之后的信号进行云化,产生滚动轴承在不同状态下的信号云;提取出决定信号云分布的期望、熵和超熵三个参数作为表征轴承状态的特征量并依此构造出原始的轴承状态数据集;再将故障特征数据集经归一化处理后送入集成极限学习机进行识别.研究结果表明:云-集成极限学习机方法可以有效地实现轴承故障模式识别,与传统神经网络识别方法相比,该方法拥有更高的识别准确率和稳定性,并且集成极限学习机在抗噪性方面有较好的表现.
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    应力比对铝钢复合材料界面Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响
    李有堂, 杨龙
    2021 (4):  40-44. 
    摘要 ( 198 )   PDF(1534KB) ( 244 )  
    以铝钢复合材料的Ⅰ型界面裂纹为研究对象,运用节点位移外推法求解复合材料Ⅰ型界面裂纹的应力强度因子,得到的应力强度因子通过节点位移表示.对应力强度因子进行有限元数值模拟,研究应力比和应力强度因子之间的关系.研究结果表明:在同一应力比条件下,应力强度因子随裂纹尺寸比的增大而增大;在同一裂纹尺寸比条件下,应力强度因子随应力比的增大而增大.
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    大型风力机叶片阻尼层厚度分析与抑颤研究
    杨瑞, 杨伟, 陈志龙
    2021 (4):  45-51. 
    摘要 ( 215 )   PDF(2574KB) ( 393 )  
    为增强大型风力机叶片抑颤效果,从增加叶片的结构阻尼角度出发,以8 MW风力机叶片为研究对象,通过铺层设计和阻尼层位置设计为建立阻尼叶片有限元模型提供基础.分别以SHELL181单元和SOLID185单元模拟叶片上下蒙皮和阻尼层,对无阻尼叶片和阻尼叶片两种模型进行模态分析,探究阻尼层厚度变化对原叶片整体质量、固有频率及结构损耗因子的影响.确定8 MW风力机阻尼叶片阻尼层最佳敷设厚度,最后在最佳阻尼层厚度基础上对比分析两种叶片抑颤效果.结合结构损耗因子发现阻尼层厚度并非越大越好,经敷设最佳阻尼层厚度,原叶片可在质量增加极少的情况下提高抑颤能力.
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    基于分离涡模拟的核主泵水力性能非定常特性分析
    王秀勇, 杜永峰, 汪东山, 吕雪, 黎义斌
    2021 (4):  52-58. 
    摘要 ( 209 )   PDF(6258KB) ( 405 )  
    为了研究核主泵在设计工况下水力性能的非定常变化特征,基于DDES湍流模型,对某型号核主泵进行全流场非定常数值计算,并结合Q准则捕捉的旋涡结构进行非定常特性分析.结果表明:在一个旋转周期内,受动静干涉作用,泵的瞬态外特性整体上具有不规律的周期性变化特征;叶轮与导叶流道内的旋涡结构会呈现出周期性分裂、融合的非定常现象,而压水室内旋涡结构则是发展与扩散的变化过程;导叶入口处不同时刻涡结构的变化会造成其不同程度的阻塞,从而引起出口压力的波动,造成泵的水力性能出现脉动效应,加剧泵的振动.
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    基于约束网络的产品进化设计
    苏建宁, 白睿昇, 李雄, 白兴易
    2021 (4):  59-65. 
    摘要 ( 197 )   PDF(2434KB) ( 267 )  
    为解决约束条件下的产品设计问题,以复杂网络理论及图论为指导,建立了基于约束网络的产品创新设计模型.该模型从设计约束库中筛选相关要素作为约束变量,构建设计约束网络;利用对偶图计算约束网络中心性指标,实现节点重要度排序,进而归纳出设计约束问题并进行求解;最后建立一套基于约束的产品进化设计系统. 以夜光杯为对象进行实例研究,构建相关设计约束网络;分析得到其关键节点,归纳出具体的设计约束问题,并应用动力学模拟、控制点区间约束等方法对其进行求解;开发夜光杯进化设计系统,选取具有代表性的传统夜光杯样本进行形态进化,生成一系列满足约束条件的夜光杯设计方案.结果表明:该模型有效实现了约束网络指导下的产品设计.
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    化工与轻工
    Salen-金属络合物型聚磷腈在环氧树脂中的阻燃性能
    杨保平, 王念念, 崔锦峰, 郭军红, 田力
    2021 (4):  66-75. 
    摘要 ( 176 )   PDF(5553KB) ( 306 )  
    为了降低环氧树脂(EP)的火灾风险,采用缩聚法制备了三种新型的Salen-金属络合物型聚磷腈Salen-PZN-M(M=Ni, Zn, Cu).利用红外光谱(FTIR),电镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS)对Salen-PZN-M的结构和形貌进行了表征;利用热重分析法(TGA)、锥形量热仪(CCT)表征了复合材料的热稳定性和燃烧性能;利用热重红外分析光谱(TG-FTIR)、SEM、拉曼测试(LRS)、FTIR分析了Salen-PZN-M/EP的阻燃机理.TGA结果表明当添加质量分数为5%的Salen-PZN-M时,不同的配位金属对复合材料有不同的影响.在锥形量热试验中,掺有质量分数为5%的Salen-PZN-M的阻燃EP的总热释放量(PHRR)、总烟释放量(TSP)与有毒CO气体的释放量相比纯EP分别最大降低了20.41%、37%和16.93%.TG-FTIR结果表明,Salen-PZN-M可以减少有害气体的形成.Salen-PZN-M的阻燃机理可能是气相猝灭、不可燃气体释放、协同催化碳化效应和极热稳定组分的形成.
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    自动化技术与计算机技术
    考虑电网阻抗变化的LLCL并网逆变器谐振抑制策略
    吴丽珍, 安利锋, 陈伟, 郝晓弘
    2021 (4):  76-82. 
    摘要 ( 346 )   PDF(4726KB) ( 322 )  
    弱电网条件下,并网逆变器的正常工作会受到电网背景谐波及电网阻抗动态变化的影响,并网电流出现谐波谐振现象.为此,提出一种LLCL并网逆变器谐振抑制新策略.该策略在加权电流控制和电网电压前馈控制的基础上,引入电容电流反馈环节,保留了传统电网电压前馈控制方法中消除电网电压产生畸变影响并网电流的优点.通过对新反馈环节中反馈系数的设置,实现谐振尖峰的有效抑制,同时使并网逆变器的稳定性不受电网阻抗的影响,提高了LLCL并网逆变器的稳定性,降低了并网电流的谐波含量.最后,搭建仿真和实验平台,验证了谐振抑制新策略的有效性.
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    基于改进果蝇优化算法的随机森林回归模型及其在风速预测中的应用
    朱昶胜, 李岁寒
    2021 (4):  83-90. 
    摘要 ( 251 )   PDF(3146KB) ( 338 )  
    针对随机森林(RF)算法在风速预测中存在参数选择困难及预测精度低的问题,提出了基于改进果蝇优化算法(IFOA)的随机森林回归(RFR)模型.在果蝇优化算法(FOA)中引入指数函数和三角函数实现搜索步长的自适应更新,增强全局寻优和局部探索的能力.结合RFR算法对噪声和异常值具有良好容忍度的优点,利用IFOA优化RFR主要参数,将优化后的模型应用于风速预测.实验结果表明,IFOA-RFR组合模型相比于其他模型具有更高的预测精度,验证了该方法在风速预测中的可行性.
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    基于邻介熵和邻度熵的复杂网络中心性算法
    卢鹏丽, 周庚
    2021 (4):  91-98. 
    摘要 ( 238 )   PDF(2297KB) ( 452 )  
    识别复杂网络的重要节点是复杂网络研究的关键点,也是网络稳定性判定的重要理论基础.常用的识别节点影响力的中心性指标有介数中心性、度中心性、特征向量中心性和K-core 中心性等,这些指标在识别重要节点时存在一定的局限性.为了解决以上问题,将节点vi的邻居节点集划分成关联邻居节点集(MR)和非关联邻居节点集(MUR),结合图的信息熵以及节点的介数中心性和度中心性,提出新的中心性指标,即基于邻介熵(NBE)和邻度熵(NDE)的关联邻居中心性RNC 和非关联邻居中心性URNC.实验通过动态攻击来评估新的中心性指标在一个实验网络模型和五个真实网络上的效率,结果表明,新的中心性比传统的中心性具有更高的识别重要节点的效率.
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    高频地波雷达电离层距离方程建模及仿真
    杨永锋, 杨旭光, 尚尚, 于长军
    2021 (4):  99-105. 
    摘要 ( 242 )   PDF(2047KB) ( 466 )  
    针对电离层的空间分布特征,构建了体目标和面目标的雷达距离方程.根据不规则体对高频电波的相干散射原理,估算了电离层RCS的散射系数,进而给出基于电离层物理机制的广义高频地波雷达方程,从而量化了电离层特征参数对高频雷达系统的影响.通过仿真发现,对于面散射情形,斜向散射电离层杂波符合波束限制模型,垂直向的电离层杂波符合脉冲限制模型;对于体散射,影响电离层杂波强度最主要的因素是不规则体波动幅度.
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    基于深度学习的无线电信号分类
    刘金霞
    2021 (4):  106-110. 
    摘要 ( 364 )   PDF(2191KB) ( 368 )  
    对无线电信号分类的相关技术进行了研究,提出一种新的基于残差神经网络和群卷积神经网络的深度学习网络来实现无线电的分类.该神经网络基于同相分量信号和正交分量信号组成的样本进行训练,实验结果显示,在10 dB时对24种信号的分类准确率达到了95.69%,揭示了该网络架构的有效性与实用性.
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    建筑科学
    一种混凝土结构钢筋腐蚀的光纤传感监测装置
    李忠, 崔宏, 汪红星, 张曦
    2021 (4):  111-115. 
    摘要 ( 179 )   PDF(1711KB) ( 569 )  
    钢筋的腐蚀逐渐成为影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素.腐蚀后的钢筋体积膨胀,保护层逐渐开裂,进而降低结构的使用性能、影响结构的耐久性.基于钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀膨胀原理与光纤光栅应变传感技术原理,提出一种新型钢筋腐蚀监测装置.根据推导出的FBG波长与钢筋锈蚀率的关系,制作钢筋混凝土试件并进行加速试验.最后利用ABAQUS有限元软件结合试验结果进行数值模拟,模拟结果与试验结果相吻合.试验结果表明,设计出的新型钢筋腐蚀传感装置能有效的监测钢筋的腐蚀程度,可实现混凝土保护层开裂过程的全程监测.
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    双重耗能智能框架摇摆墙结构地震响应对比分析
    罗维刚, 刘纪斌, 张杨, 郭易令, 祁盼, 宋江朋
    2021 (4):  116-124. 
    摘要 ( 162 )   PDF(4130KB) ( 256 )  
    针对框架剪力墙结构在强震作用下存在连接处楼板或连梁破坏以及剪力墙底部出现塑性铰的问题,在课题组开发的智能框架剪力墙双重结构体系中,将剪力墙设置为底部连接金属阻尼器的摇摆剪力墙,形成一种新型双重耗能单元控制的智能框架摇摆墙结构体系.以6层混凝土框架剪力墙结构为原型,应用ABAQUS有限元分析软件,建立传统框架剪力墙结构、智能框架剪力墙双重结构、摇摆墙与框架间连接BRB结构和摇摆墙底部连接金属阻尼器的双重耗能智能框架摇摆墙4种结构对比模型,进行非线性动力时程分析,考察各结构的动力响应.结果表明:新型双重耗能单元控制的智能框架摇摆墙结构体系在BRB屈服强度为0.1fy~1fy区间时,结构地震响应均比传统结构有所减小,框架结构层间位移也得到有效控制,进一步说明在合理参数取值下双重耗能单元控制的结构地震动响应小于单一耗能单元结构.
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    新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架抗震性能数值模拟
    季云, 方有珍, 张志成, 黄志豪
    2021 (4):  125-134. 
    摘要 ( 156 )   PDF(5722KB) ( 200 )  
    为研究新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架的抗震性能,考虑T形件对穿螺栓布置方式、BRS板T形件长圆孔尺寸、PEC柱顶轴力、柱脚连接方式4个设计参数,利用有限元软件ABAQUS以1∶2缩尺比例建立5个框架模型并进行水平循环荷载下抗震性能的数值模拟.对比分析各设计参数对试件滞回性能、抗侧刚度退化、耗能能力、自复位功效等抗震性能的影响.分析结果显示:实验T形件单边对穿螺栓布置试件由于翘拔作用明显,极大程度延缓了自复位连接的受力发展进程,而实际工程T形件双边对穿螺栓布置可较好实现了自复位连接的设计思路;BRS板T形件长圆孔尺寸决定部分自复位连接的性态设计目标;柱顶轴力对试件初始刚度与承载力影响甚微,而后期二阶效应会加快自复位连接受力发展进程;所有试件中的PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接均能实现自复位功效、耗能能力和安全冗余度的有机统一.
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    基于D-P修正准则的扩孔理论在黄土劈裂注浆中的应用分析
    王腾, 李萍, 丁艳梅, 宋彧
    2021 (4):  135-141. 
    摘要 ( 201 )   PDF(3434KB) ( 207 )  
    基于塑性力学与大变形理论,考虑Drucker-Prager修正准则圆孔扩张问题,建立黄土劈裂注浆压力分析模型.在弹性区和塑性区分别采用小变形理论和大变形理论,推导出劈裂注浆浆泡周围弹性区及塑性区土体应力场、位移场的理论解,研究塑性区半径、起劈注浆压力的解析解,以工程算例进行论证.结果表明,基于考虑D-P修正准则的圆孔扩张理论模型,径向应力与环向应力随ru/rP的增大呈现非线性递减关系;不排水条件下随着土体材料参数(c、φ、E、ν)的增大,浆液竖向及水平向劈裂土体时的劈裂压力呈非线性增大趋势;经对比分析发现,理论计算值在514.2~693.7 kPa,与实测值430~780 kPa比较接近,说明了理论的分析方法在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值.
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    黄土地区高边坡锚索预应力损失与土体蠕变耦合模型研究
    万年青, 丁映霞, 丁亚飞, 侯喜楠, 朱彦鹏
    2021 (4):  142-148. 
    摘要 ( 207 )   PDF(1811KB) ( 300 )  
    预应力锚索锚固技术由于能有效控制边坡变形而得到广泛应用,但同时也出现大量因锚固力损失而造成工程失效的问题.建立以M-2K模型为基础,适用于黄土的锚索与边坡蠕变耦合的M-B-B模型,并推导其相应的本构方程、松弛方程和蠕变方程,从理论上解决了锚固力变化与坡体蠕变之间的关系问题.以兰州市城关区某不稳定斜坡治理工程为例,采用遗传算法反算出模型土体蠕变参数,与已有M-K-B模型拟合情况进行对比.结果表明:M-B-B模型更适用于黄土地区的高边坡,可以用来长期预测预应力变化;由于该工程部分为填土,填土部分水平变形较大,使得在预应力损失稳定阶段之前存在预应力缓慢上升阶段,而M-B-B模型则能完美契合该变化;其研究成果可供锚固工程的设计、施工和安全运行参考.
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    数理科学
    X-丁投射模
    吴德军, 宋梦钰
    2021 (4):  149-156. 
    摘要 ( 223 )   PDF(712KB) ( 252 )  
    R是具有单位元的结合环, X是包含所有平坦模的R-模类.引入X-丁投射模和X-丁投射维数的定义并研究了相关性质.如果存在正合列P=∶…→P1→P0→P0→P1→…, 其中Pi, Pi是投射模, i∈Z, 对于任意R-模F∈X,HomR(-, F)作用在正合列P上保持正合,并且M=Ker(P0→P1), 那么称M是X-丁投射模. 证明了X-丁投射模类是投射可解的并且X-丁投射模保持直和与直和项,同时证明了若GX-Dpd(R)<∞,则(X-DP(R),(X-DP(R)))是完备遗传余挠对.
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    组合结构波纹管膜片非线性大挠度分析
    韩明君, 周朝逾, 李鸿瑞, 马连生
    2021 (4):  157-164. 
    摘要 ( 251 )   PDF(2643KB) ( 258 )  
    采用连续化方法在非线性大挠度理论的基础上,对应用于干气密封系统中的扁圆锥壳-圆弧-圆环板组合结构波纹管膜片进行了非线性大变形理论分析,根据板壳理论的修正迭代法对其进行了数值计算,对外周边固定,内周边自由的组合结构波纹管膜片进行了求解,同时通过二次近似解分析波纹管扁圆锥壳部分不同倾斜角的斜边的波形在圆弧最大挠度处的膜片非线性承载能力,并且在同一波形的基础上分析了波深、圆弧半径等参数在圆弧最大挠度处的膜片承载能力.随着组合结构波纹管膜片倾斜角的增加,膜片的挠度非线性增大,随着组合结构波纹管膜片的矢高的增加,膜片的挠度非线性增大,随着组合结构波纹管膜片的圆弧波长变长,膜片的挠度非线性增大.
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    不同方向外电场下SiF2分子激发特性
    梁冬梅, 黄意, 陈亮, 曾凡菊, 孙光宇, 荆涛
    2021 (4):  165-172. 
    摘要 ( 161 )   PDF(2809KB) ( 187 )  
    以6-311++g**(3df,3pd)为基组,采用B3P86方法研究了SiF2分子在y、z轴方向的外电场(-0.05~0.05 a.u.)下的几何参数、能量、电子结构和能级;在此基础上,采用CIS-B3P86方法研究了外电场下分子的激发特性.结果表明:分子基态参数随电场变化明显.如z方向电场使键长和偶极矩不断减小,总能量先减少后增加,能隙不断减少.激发态的激发能和激发波长随外电场大小和方向变化明显,振子强度受电场方向的影响从而改变了分子的跃迁性能.
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