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帕金森病患者触觉脑区的功能与结构梯度
1
作者 马丽华 方伯言 +1 位作者 吴景龙 张健 《北京理工大学学报》 北大核心 2025年第9期987-994,共8页
针对帕金森病(Parkinson’s disease,PD)患者具有躯体感觉运动功能障碍的病理问题,本研究提出了功能和结构梯度算法来深入探讨PD患者躯体感觉运动脑区的功能和结构异常.本研究纳入76例PD患者及34例健康对照,所有PD患者均接受了为期两周... 针对帕金森病(Parkinson’s disease,PD)患者具有躯体感觉运动功能障碍的病理问题,本研究提出了功能和结构梯度算法来深入探讨PD患者躯体感觉运动脑区的功能和结构异常.本研究纳入76例PD患者及34例健康对照,所有PD患者均接受了为期两周的多学科强化康复治疗,并在治疗前后通过统一帕金森病评定量表第三部分进行运动功能的系统性评估.对三组被试的躯体感觉运动脑区进行功能和结构梯度分析,结果显示功能第一梯度值的变化未呈现出一种在空间上逐渐降低的趋势,而结构第二梯度值呈现镜像分布.本研究结果表明梯度算法证明了大脑结构与功能之间的解耦现象,并揭示了PD患者的触觉感知衰退机制. 展开更多
关键词 帕金森病 躯体感觉运动 功能梯度 结构梯度
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拱形反手性四韧带蜂窝夹芯结构梯度设计与低速冲击响应
2
作者 相双林 周霞 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第5期81-89,共9页
将反手性四韧带蜂窝应用于拱形夹芯板,基于密度梯度概念,设计了三种不同梯度的夹芯板,建立数值模型并将数值模拟结果与已有试验结果进行对比,验证了该模型的有效性。在此基础上,研究了冲击能对不同梯度拱形夹芯板峰值冲击力、抗冲击性... 将反手性四韧带蜂窝应用于拱形夹芯板,基于密度梯度概念,设计了三种不同梯度的夹芯板,建立数值模型并将数值模拟结果与已有试验结果进行对比,验证了该模型的有效性。在此基础上,研究了冲击能对不同梯度拱形夹芯板峰值冲击力、抗冲击性能、吸能和损伤的影响,同时进一步讨论了负梯度拱形夹芯板在重复冲击下的动态响应。结果表明:梯度因子由于改变芯层结构,对夹芯板的损伤破坏模式有重要影响。在低能冲击下,峰值冲击力随着梯度因子的增大而增大,同均匀夹芯板相比,梯度夹芯板具有较好的能量吸收,其吸收的能量比均匀夹芯板吸收的能量最高提升32.8%;在较高冲击能下,梯度因子对峰值冲击力和能量吸收没有显著影响。负梯度夹芯板在重复冲击下,前面板和芯层主导夹芯板的总吸能,其中芯层吸能平均占总吸能的66%,随着冲击次数的增加,夹芯板的变形破坏模式发生上面板局部变形到破坏、芯层变形致密化到整体坍塌以及夹芯板整体横向弯曲的转变。 展开更多
关键词 拱形夹芯板 梯度结构 能量吸收 重复冲击 数值仿真 复合材料
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焦宝石基结构梯度耐火材料的设计及热应力分析
3
作者 刘巍 曹喜营 +1 位作者 冯海霞 陈建军 《耐火材料》 CAS 北大核心 2018年第5期347-353,共7页
为了改善耐火材料的抗热震性能,从梯度耐火材料的性能梯度和结构梯度出发,以焦宝石、α-Al_2O_3微粉和SiO_2微粉为原料,磷酸二氢铝溶液为结合剂,混练后的泥料分别在20、60、100和140 MPa的压力下成型,再于600℃保温3 h热处理制成焦宝石... 为了改善耐火材料的抗热震性能,从梯度耐火材料的性能梯度和结构梯度出发,以焦宝石、α-Al_2O_3微粉和SiO_2微粉为原料,磷酸二氢铝溶液为结合剂,混练后的泥料分别在20、60、100和140 MPa的压力下成型,再于600℃保温3 h热处理制成焦宝石基黏土砖,然后检测不同成型压力试样的热膨胀性、显气孔率、热导率和弹性模量,并利用ANSYS有限元法对不同成型压力试样的性能渐变梯度(自身温度场原位形成)和结构梯度(气孔结构)进行叠加,在热面温度和冷面温度分别为1 300和500℃的边界条件下,对叠加前后的结构进行温度、应力、变形量的模拟分析研究。结果表明:1)试样的热膨胀系数随温度升高而逐渐降低,在设定边界条件下的温度场作用下,可以形成较适宜的性能渐变梯度;不同结构试样的热膨胀曲线有一定差异,可用于结构梯度耐火材料的设计。2)在性能渐变梯度与结构梯度叠加作用下,结构梯度D1(从高温面到低温面成型压力增加)与结构梯度D2(从高温面到低温面成型压力降低)相比,结构梯度D1的最大应力较小,沿Y轴负方向的最大变形量显著降低;与均一结构相比,结构梯度D2的最大应力与最大变形量显著增加,结构梯度D1的最大应力与成型压力为60、100、140 MPa的均一结构相比明显改善。3)成型压力对试样结构的改变有限,需要对其性能梯度和结构梯度进行进一步优化,使试样热膨胀曲线与理想曲线接近或一致。 展开更多
关键词 梯度耐火材料 抗热震性 结构梯度 成型压力 温度场 有限元分析
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金属材料梯度结构强韧化机理及其制备技术的研究进展
4
作者 方秀荣 毛源旺 +2 位作者 徐慧慧 刘海仑 杨富强 《西北工业大学学报》 北大核心 2025年第1期171-180,共10页
顺应工业装备轻量化、高性能的发展要求,装备核心零部件用高比强度材料取代原有合金材料已势在必行。但高比强度金属材料在制备过程中强度-韧/塑性倒置的问题,影响了我国关键零部件的自主研发和批量化生产。近年来,金属材料梯度微观组... 顺应工业装备轻量化、高性能的发展要求,装备核心零部件用高比强度材料取代原有合金材料已势在必行。但高比强度金属材料在制备过程中强度-韧/塑性倒置的问题,影响了我国关键零部件的自主研发和批量化生产。近年来,金属材料梯度微观组织结构表现出的优异强韧化性能,以及相关制备技术的发展,为批量生产兼具高强韧性的轻质构件指明了发展路径。以纳米金属材料研究为出发点,梳理了梯度微观结构的强韧化机理及梯度化程度对强韧化行为的影响,讨论了实现机械式强韧化的塑性制备技术,以及制备工艺力学条件对构造梯度微观结构的影响机制,为强韧协同的梯度微观结构金属材料的工程化制备提供新思路。 展开更多
关键词 微观梯度结构 变形机理 强韧协同 塑性成形
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微结构化表面梯度材料的制备方法及应用
5
作者 邢诗意 林萍 +1 位作者 王文杰 孙巍 《功能材料》 北大核心 2025年第8期8045-8052,共8页
微结构化表面梯度材料的特点在于其表面微观尺寸物理结构沿着特定的方向呈现连续或近乎连续的变化。由于微结构梯度材料的制备步骤可被灵活设计,可以调控所构建结构梯度的结构类型、尺寸跨度和结构参数的变化幅度,由此适配不同的应用场... 微结构化表面梯度材料的特点在于其表面微观尺寸物理结构沿着特定的方向呈现连续或近乎连续的变化。由于微结构梯度材料的制备步骤可被灵活设计,可以调控所构建结构梯度的结构类型、尺寸跨度和结构参数的变化幅度,由此适配不同的应用场景,在液滴操控、高通量筛选、细胞行为学等领域展现出显著的应用潜力。对微结构化表面梯度材料常见的制备方法进行了总结,然后阐述了微结构化表面梯度材料在液滴操控和生物医学领域的应用研究进展,最后在此基础上总结了微结构化表面梯度材料现阶段面临的挑战,并对其发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 微结构梯度 材料表界面 液滴操控 高通量筛选 细胞与材料相互作用
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材料体系和孔隙率梯度增强结构对3D打印氧化铝多孔陶瓷的性能影响
6
作者 邹斌 全涛 +3 位作者 张广旭 王鑫锋 孙赫武 马贤骅 《航空制造技术》 北大核心 2025年第3期22-29,共8页
为了探究水性和油性两种材料体系及孔隙率梯度增强结构对3D打印氧化铝多孔陶瓷性能的影响,使用立体光固化(Stereo lithography apparatus,SLA)3D打印技术制备了具有不同孔密度的氧化铝多孔陶瓷样件。对比分析了两种材料体系下样件的收... 为了探究水性和油性两种材料体系及孔隙率梯度增强结构对3D打印氧化铝多孔陶瓷性能的影响,使用立体光固化(Stereo lithography apparatus,SLA)3D打印技术制备了具有不同孔密度的氧化铝多孔陶瓷样件。对比分析了两种材料体系下样件的收缩率、压缩强度和微观结构,以及孔隙率梯度增强前后样件的总孔隙率、弯曲性能和热震性能。结果表明,油性材料样件的收缩率和压缩强度高于水性材料,微观结构下油性材料样件的颗粒更为致密,而水性材料样件的颗粒呈球状,相互分离。此外,采用孔隙率梯度增强的设计方法,可以有效避免样件区域断裂现象的发生,且每种样件的弯曲强度均有12%~14%的提升,热震强度也得到14%~18%的提升。使用油性氧化铝陶瓷膏料,并合理设计孔隙率梯度增强结构,为提高氧化铝多孔陶瓷性能及适应更复杂的工业需求提供了有效方法。 展开更多
关键词 立体光固化3D打印 氧化铝 多孔陶瓷 材料体系 孔隙率梯度增强结构
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计及梯度化扩散层结构的PEMFC性能评价与多场协同分析
7
作者 郝俊红 马腾宇 +4 位作者 周敬龙 周嘉晗 邬学峰 张超 杜小泽 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第13期5130-5140,I0016,共12页
扩散层作为质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)内部最柔软的部分,承担着将反应气体传递到催化层、将生成的水排出等作用,改变其扩散性能是提高燃料电池性能的重要途径。为进一步提高PEMFC输出性能,促进其商... 扩散层作为质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)内部最柔软的部分,承担着将反应气体传递到催化层、将生成的水排出等作用,改变其扩散性能是提高燃料电池性能的重要途径。为进一步提高PEMFC输出性能,促进其商业化进程,该文聚焦PEMFC扩散层几何形状的优化设计,提出一种基于有限数据分析法与BP神经网络预测法的燃料电池扩散层优化方法;利用提出的新型高效PEMFC扩散层优化设计方法得到一种新型锥形扩散层结构的PEMFC。与传统结构PEMFC相比,在相同的工作条件与流道结构下,使用新型扩散层结构的PEMFC输出功率提高约4.4%,最大温度梯度减小约4.2%,反应物利用率提高约3.9%,排水能力提高约5.3%。进一步分析两种结构PEMFC在三物理场协同性能的差异,所提出的新型扩散层结构PEMFC在同结构同工况条件下协同性能比传统扩散层结构平均提高16.1%。结果可为PEMFC结构优化提供一种全新的优化方法与优化路径。 展开更多
关键词 燃料电池 梯度结构 扩散层 多场协同
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Ti/Al/Mg阻抗梯度结构超高速撞击数值模拟
8
作者 陈兴 徐大富 +2 位作者 刘占芳 卫国宁 卢永刚 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第1期136-146,共11页
基于AUTODYN有限元软件,研究Ti/Mg厚度比值(简称Ti/Mg比值)、结构厚度/弹丸直径(t/D)比值和撞击角度θ对Ti/Al/Mg阻抗梯度结构超高速撞击特性的影响。结果表明,Ti/Mg厚度比值对外泡碎片云膨胀特性的影响在5%以内,但增加Ti/Mg比值能提高... 基于AUTODYN有限元软件,研究Ti/Mg厚度比值(简称Ti/Mg比值)、结构厚度/弹丸直径(t/D)比值和撞击角度θ对Ti/Al/Mg阻抗梯度结构超高速撞击特性的影响。结果表明,Ti/Mg厚度比值对外泡碎片云膨胀特性的影响在5%以内,但增加Ti/Mg比值能提高弹丸的破碎程度,Ti/Mg比值在0.625~1之间结构耗能特性最佳;随着t/D比值的增加,外泡碎片云膨胀速度和弹丸中心大碎片质量越小,而结构的单位面密度吸能量降低;斜撞击有利于阻抗梯度结构对弹丸动能的耗散,但会降低弹丸的破碎程度,θ大于40°或50°后,“滑弹效应”对阻抗梯度结构撞击特性的影响较为显著;阻抗梯度结构穿孔面积随Ti/Mg比值和t/D比值的增加而降低,随θ增加而增加,并基于量纲分析拟合出了阻抗梯度结构的无量纲穿孔面积经验计算公式。 展开更多
关键词 空间碎片 阻抗梯度结构 超高速撞击 撞击特性
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梯度结构热防护涂层增材制造成形与性能研究
9
作者 蔡思凡 周童 +4 位作者 刘滔 王波 方淦 吴文杰 曹良成 《固体火箭技术》 北大核心 2025年第2期281-290,共10页
高超声速飞行器的研制亟需发展适应于极端热环境的新型防热结构和新技术。利用增材制造“离散-堆积”的工艺优势,将耐烧蚀组分和隔热组分在空间位置上挤出成形,实现个性化梯度结构防热涂层的编程制造。具体提出了基于微型螺杆的“在线计... 高超声速飞行器的研制亟需发展适应于极端热环境的新型防热结构和新技术。利用增材制造“离散-堆积”的工艺优势,将耐烧蚀组分和隔热组分在空间位置上挤出成形,实现个性化梯度结构防热涂层的编程制造。具体提出了基于微型螺杆的“在线计量-原位混合-连续变组分挤出-增材制造”的多组元增材制造系统原理,研究了基础树脂、耐烧蚀组分、隔热组分的流变行为和热防护性能,以及增材制造系统的高通量混合能力和梯度结构涂层的成形能力,制备了连续线梯度结构、径向梯度结构、轴向交替/连续梯度结构。增材制造成形了孔隙率从0.8%~47.8%呈5级递增的梯度结构样件(100 mm×100 mm×5.5 mm),并开展电弧风洞模拟考核试验。结果表明:样件表面峰值温度为616℃,背面峰值温度为45℃,烧蚀深度为-0.81 mm,试件表面平整,涂层无脱落;与均质涂层相比,梯度结构涂层抗烧蚀性能更优,密度降低了24.6%。 展开更多
关键词 热防护 梯度结构 增材制造 多材料 涂层
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三周期极小曲面功能梯度点阵结构的动力学特性
10
作者 李媛 李洋 +1 位作者 班子豪 马翔宇 《机械工程材料》 北大核心 2025年第8期86-93,共8页
基于隐函数法设计了三周期极小曲面(TPMS)功能梯度点阵结构,建立了几何参数与相对密度的映射关系,并引入梯度指数调控点阵结构的密度分布;通过有限元仿真与单轴压缩试验标定等效力学参数,基于最小势能原理构建了TPMS功能梯度点阵结构的... 基于隐函数法设计了三周期极小曲面(TPMS)功能梯度点阵结构,建立了几何参数与相对密度的映射关系,并引入梯度指数调控点阵结构的密度分布;通过有限元仿真与单轴压缩试验标定等效力学参数,基于最小势能原理构建了TPMS功能梯度点阵结构的动力学模型并进行数值求解,通过有限元仿真与试验模态分析对模型进行验证,采用建立的动力学模型分析了点阵结构的动力学特征。结果表明:采用建立的动力学模型数值求解得到的TPMS功能梯度点阵结构前四阶固有频率与有限元仿真结果的相对误差小于5%,前两阶固有频率与试验结果的相对误差小于6%,证实了模型的可靠性。求解得到TPMS功能梯度点阵结构的固有频率随相对密度增大而增大;随着梯度指数增大,xOy平面弯曲模态(一/三/七阶)频率先减后增再减,xOz平面弯曲模态(二/四/八阶)及纵向模态(六阶)频率下降。 展开更多
关键词 三周期极小曲面 梯度点阵结构 等效力学参数 动力学模型
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航空航天轻量化点阵结构共形梯度设计
11
作者 曹倩峰 杨思远 戴宁 《航空制造技术》 北大核心 2025年第12期60-67,共8页
航空航天装备正向着高机动、高航程和高承载的方向发展,对结构的轻量化设计提出了更高要求。点阵结构作为新型的低密度轻质结构,具有高比强度和高比刚度等优异的力学性能,在轻量化设计领域具有广阔的应用前景。但传统阵列法生成的点阵... 航空航天装备正向着高机动、高航程和高承载的方向发展,对结构的轻量化设计提出了更高要求。点阵结构作为新型的低密度轻质结构,具有高比强度和高比刚度等优异的力学性能,在轻量化设计领域具有广阔的应用前景。但传统阵列法生成的点阵结构在进行复杂外形结构建模时,难以避免裁剪操作造成的点阵完整性破坏和应力集中等问题。本文利用隐式建模技术对点阵结构进行统一数学表征,提出了点阵共形设计方法,并结合尺寸优化技术实现了功能梯度共形点阵的设计。整流罩和蒙皮的设计试验表明,对共形点阵进行梯度设计可改善结构刚度,优化后的整流罩和蒙皮刚度分别提高了23.0%和60.5%,验证了所提方法在飞行器结构轻量化中的潜在应用。 展开更多
关键词 点阵结构 共形设计 功能梯度结构 隐式建模 轻量化设计
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挤压-切削制备可控厚度的双层梯度结构带材的新工艺及机理
12
作者 庞学勤 赵俊宇 +2 位作者 邓文君 曾俞宁 钟佩璇 《中国机械工程》 北大核心 2025年第4期732-742,共11页
为解决超细晶材料强度高但延展性低的问题,设计了独特的挤压刀具及挤出通道,使材料在挤压、摩擦和切削的耦合作用下,一步制备厚度可控的双层梯度结构超细晶带材。采用数值模拟与试验相结合的方法对双层梯度结构纯铜带材的成形过程进行... 为解决超细晶材料强度高但延展性低的问题,设计了独特的挤压刀具及挤出通道,使材料在挤压、摩擦和切削的耦合作用下,一步制备厚度可控的双层梯度结构超细晶带材。采用数值模拟与试验相结合的方法对双层梯度结构纯铜带材的成形过程进行分析与研究,探索了挤压-切削加工机理以及工艺参数对双层梯度微结构的影响规律。研究结果表明,相比于原纯铜试样,挤压-切削制备的双层梯度结构纯铜带材的最大硬度约提高了三倍,同时带材也表现出优异的强度-延展性协同作用,即在牺牲部分延伸率情况下,屈服强度接近翻倍,极限抗拉强度则实现了四倍增长。 展开更多
关键词 挤压-切削 可控厚度 双层梯度结构 梯度超细晶带材 机械性能
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变电站用新型吸声降噪装置梯度结构设计研究
13
作者 王河 李锦涛 +2 位作者 孙桐 田一 田辰 《噪声与振动控制》 北大核心 2025年第3期274-278,296,共6页
为获得能有效降低变电站(换流站)噪声的新型装置,优选出声学性能良好的吸声材料,并采用梯度结构进行新型降噪装置的设计。结果表明:容重、厚度增加,会提升岩棉、玄武岩、硅酸铝的低频吸声系数,而同时玄武岩与硅酸铝的高频吸声系数依然较... 为获得能有效降低变电站(换流站)噪声的新型装置,优选出声学性能良好的吸声材料,并采用梯度结构进行新型降噪装置的设计。结果表明:容重、厚度增加,会提升岩棉、玄武岩、硅酸铝的低频吸声系数,而同时玄武岩与硅酸铝的高频吸声系数依然较高;使用Comsol仿真不同梯度结构的声学性能,发现80+110 kg/m~3梯度结构硅酸铝声压衰减幅度最高,达到28.1 dB;最终设计了护面板+梯度结构硅酸铝+隔声板的新型降噪装置,在耐候性试验后,其仍具备良好的声学性能以及性能保留率,降噪系数为0.8,声学性能保留率为94%。 展开更多
关键词 声学 吸声材料 Comsol仿真 梯度结构 声学性能 耐候实验
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纯铜表面梯度结构层的微观组织演化及力学行为
14
作者 倪增磊 马江松 +4 位作者 王星星 原志鹏 凌自成 秦建 郭鹏 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第6期2022-2036,共15页
本研究利用超声高频微冷锻挤压技术在厚度为1.0mm的纯铜表面制备出梯度结构化组织层;借助光学显微镜、电子背散射衍射技术、扫描电子显微镜、显微硬度计和高速往复摩擦磨损实验机对比分析了表面处理前后纯铜表面沿厚度方向的微观组织结... 本研究利用超声高频微冷锻挤压技术在厚度为1.0mm的纯铜表面制备出梯度结构化组织层;借助光学显微镜、电子背散射衍射技术、扫描电子显微镜、显微硬度计和高速往复摩擦磨损实验机对比分析了表面处理前后纯铜表面沿厚度方向的微观组织结构、硬度分布和表面摩擦磨损行为。结果表明:梯度结构化纯铜变形层总厚度约62.5μm,最表层平均晶粒尺寸由基体的4.34μm细化至1.33μm,减小了69.4%;平均晶界取向差、晶界比例、KAM和Schmid因子呈梯度分布特征;晶粒细化和位错强化的协同效应使最表层硬度较基体提高了35.8%。纯铜梯度结构层表面平均滑动摩擦因数和磨痕宽度较原始纯铜表面分别降低了43.3%和49.2%,在磨损形貌上,纯铜梯度结构层表面磨痕较为平整。 展开更多
关键词 超声高频微冷锻挤压 梯度结构 微观组织 力学行为
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基于梯度结构张量的构型反演方法——以YB地区茅口组三段岩溶储层预测为例
15
作者 陈超 潘蓓 +1 位作者 陈会霞 张志宇 《石油物探》 北大核心 2025年第5期899-909,共11页
针对四川盆地YB地区茅口组岩溶储层规模相对较小、缝洞发育但充填情况复杂等特点,提出了基于梯度结构张量的构型反演岩溶储层预测方法。首先,利用梯度结构张量算法和其特征值构建的结构属性,实现对岩溶异常体的结构构型。在此基础上,参... 针对四川盆地YB地区茅口组岩溶储层规模相对较小、缝洞发育但充填情况复杂等特点,提出了基于梯度结构张量的构型反演岩溶储层预测方法。首先,利用梯度结构张量算法和其特征值构建的结构属性,实现对岩溶异常体的结构构型。在此基础上,参考工区岩溶发育地质模式及测井统计结果,对不同构型单元进行物性参数填充,建立反演初始模型。最后,基于储层构型模型,利用随机反演方法预测储层的空间展布。应用结果表明,梯度结构张量算法能有效描述小溶洞发育聚集区的“弱能量”杂乱反射特征,能对溶洞目标体进行定位和提取;基于梯度结构张量的构型建模,可有效表征不同发育模式的岩溶模型;以储层构型为约束条件,可实现对岩溶储层的定量化分析和预测。 展开更多
关键词 梯度结构张量 构型建模 岩溶 储层预测
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毛竹径向梯度结构对吸湿的影响Ⅰ:静态与动态吸湿性
16
作者 周梦佳 万晨琪 马尔妮 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第11期159-166,共8页
【目的】竹材是一种具有天然吸湿性的材料,细胞壁中“孔隙-吸着位点”共同作用是影响其吸湿性的关键因素,但这种共同作用是否影响青-黄两侧的静态容量与动态响应差异等方面研究仍显不足。本研究通过比较竹青侧、竹黄侧的“细胞壁孔隙-... 【目的】竹材是一种具有天然吸湿性的材料,细胞壁中“孔隙-吸着位点”共同作用是影响其吸湿性的关键因素,但这种共同作用是否影响青-黄两侧的静态容量与动态响应差异等方面研究仍显不足。本研究通过比较竹青侧、竹黄侧的“细胞壁孔隙-吸着位点-吸湿性能”,旨在探索具有径向梯度结构的竹材在静态、动态湿度条件下的吸湿-解吸行为。【方法】毛竹去青去黄,内侧2 mm为竹黄侧试样,外侧2 mm为竹青侧试样。研究由宏观的维管束体积分数至微观的“细胞壁孔隙-吸着位点”逐级深入,最终聚焦静态、动态吸湿性,并依据动态测试结果量化分析单位面积吸湿量(M_(ac))、单位面积放湿量(M_(dc))、湿缓冲值(MBV)等参数,比较竹青侧、竹黄侧“细胞壁孔隙-吸着位点”共同作用对静态、动态吸湿性的影响。【结果】竹青侧维管束体积分数(32.72±2.10)%高于竹黄侧(20.36±1.60)%,这种梯度结构导致径向细胞壁孔隙结构参数和羟基可及度的差异。绝干状态下,竹青侧比表面积和孔体积均小于竹黄侧,羟基可及度(22.76±0.43)%也低于竹黄侧(24.77±0.21)%。微观层面上“细胞壁孔隙-吸着位点”的共同作用导致宏观层面竹青侧静态容量与动态响应均小于竹黄侧。对于静态测试,70%RH以上二者平衡含水率(EMC)差距增大;95%RH时,竹青侧、竹黄侧EMC分别达到19.48%、22.04%。对于湿度周期循环的动态条件,竹青侧和竹黄侧的含水率表现出与环境湿度相似的正弦变化趋势,但在相位上存在一定的滞后,竹黄侧对湿度响应更为敏感,其M_(ac)、M_(dc)、MBV均高于竹青侧。【结论】本研究由微观结构-宏观性能,揭示了竹青侧、竹黄侧“细胞壁孔隙-吸着位点”的梯度结构与静态容量、动态响应之间的内在联系机制,为竹材的加工应用从“经验控制”迈向基于“孔隙-位点协同”调控的尺寸稳定化提供科学依据。 展开更多
关键词 毛竹 径向梯度结构 动态吸湿 湿缓冲值 羟基可及度 孔隙-位点协同 尺寸稳定化 多尺度结构
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毛竹径向梯度结构对吸湿的影响Ⅱ:吸湿-湿胀行为
17
作者 万晨琪 周梦佳 马尔妮 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第11期167-174,共8页
【目的】竹材的吸湿性及其引发的湿胀变形是限制其高附加值利用的关键,然而基于径向梯度结构的吸湿-湿胀机制尚未被阐明。为此,本研究以毛竹为对象,比较不同相对湿度(RH)条件下竹青侧至竹黄侧在吸湿平衡态和吸湿过程中的水分-变形响应行... 【目的】竹材的吸湿性及其引发的湿胀变形是限制其高附加值利用的关键,然而基于径向梯度结构的吸湿-湿胀机制尚未被阐明。为此,本研究以毛竹为对象,比较不同相对湿度(RH)条件下竹青侧至竹黄侧在吸湿平衡态和吸湿过程中的水分-变形响应行为,旨在揭示竹壁径向梯度结构对吸湿-湿胀行为的影响。【方法】将毛竹沿竹壁径向划分为竹青侧、竹中部与竹黄侧3个部分,基于纤维体积分数量化梯度结构。在11%、33%、57%、84%和97%这5个相对湿度下,测定各部位在吸湿过程和平衡态的含水率与尺寸变化。进一步采用Hailwood-Horrobin(H-H)理论解析吸着等温线,并运用Parallel Exponential Kinetics(PEK)模型表征吸湿动力学过程,对比分析不同部位吸湿-湿胀行为的差异与规律。【结果】毛竹在径向具有梯度结构,纤维体积分数从竹青侧(34.13±0.84)%到竹黄侧(15.87±0.12)%呈递减趋势。在本研究条件下的吸湿平衡态,平衡含水率(EMC)表现出竹青侧<竹中部<竹黄侧的梯度特征,而湿胀率均呈现竹青侧>竹中部>竹黄侧的相反趋势,当RH>57%时,这种差异更为显著。在吸湿过程中,当RH≤57%时,竹黄侧在吸湿初期的吸湿速率显著高于竹青侧,相应地,湿胀响应也更快;而当RH>57%时,不同位置在吸湿初期的吸湿速率趋于一致,竹青侧则始终表现出了最大的湿胀率。【结论】毛竹的吸湿-湿胀关系随着吸湿过程的进行而发生阶段性转变,此转变源于由竹黄侧至竹青侧递增的纤维体积分数,它决定了竹黄侧到竹青侧由“强吸湿、快湿胀响应”向“弱吸湿、高湿胀潜力”过渡的特性。本研究揭示了毛竹梯度结构对吸湿-湿胀耦合行为的主导机制,研究结果不仅有助于竹材尺寸稳定化改性的进一步探索,也可为新型功能梯度竹复合材料的结构优化设计提供有效策略。 展开更多
关键词 毛竹 水分-变形响应 径向梯度结构 纤维体积分数 平衡含水率(EMC) Hailwood-Horrobin(H-H)理论 Parallel Exponential Kinetics(PEK)模型 功能梯度材料 尺寸稳定性
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梯度结构金属材料的制备方法和力学性能研究进展 被引量：2
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作者 高瑞泽 王亚强 +3 位作者 张金钰 杨红艳 刘刚 孙军 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第15期13-24,共12页
金属结构材料是保障国防建设、航空航天和机械工程等领域快速发展的物质基础,向其中引入梯度组织可以使不同尺寸的结构单元相互协调作用,突破单一均质材料的性能短板,有效改善金属材料的综合服役性能。本文围绕近几年国内外梯度结构金... 金属结构材料是保障国防建设、航空航天和机械工程等领域快速发展的物质基础,向其中引入梯度组织可以使不同尺寸的结构单元相互协调作用,突破单一均质材料的性能短板,有效改善金属材料的综合服役性能。本文围绕近几年国内外梯度结构金属材料的相关研究和进展,首先介绍了梯度结构金属材料的制备方法和工艺原理,并总结了其优点与局限性;其次对梯度金属材料的微观组织结构进行了阐释,论述了梯度结构金属材料的服役性能特点,包括强度、塑性、摩擦磨损性能、疲劳损伤性能和耐腐蚀性能,提出了调控梯度结构金属材料服役性能的优化策略;最后对其未来研究方向和面临的挑战进行了展望。 展开更多
关键词 梯度结构金属材料 微观组织 制备方法 力学性能 疲劳性能 腐蚀性能
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梯度晶粒结构材料拉伸断裂行为的晶体塑性有限元模拟 被引量：3
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作者 王彪 王姝予 +3 位作者 熊宇凯 赵建锋 康国政 张旭 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2271-2281,共11页
梯度晶粒结构材料通过在材料内部构筑由纳米晶、细晶渐进过渡至粗晶的微结构,使其展现出诸多优异的力学性能,如高强度、高韧性和抗疲劳性等.工程材料在长期服役过程中,不可避免会发生疲劳和断裂,严重威胁材料的服役安全和使用寿命.相关... 梯度晶粒结构材料通过在材料内部构筑由纳米晶、细晶渐进过渡至粗晶的微结构,使其展现出诸多优异的力学性能,如高强度、高韧性和抗疲劳性等.工程材料在长期服役过程中,不可避免会发生疲劳和断裂,严重威胁材料的服役安全和使用寿命.相关实验研究报道了纳米晶材料具有沿晶断裂的特点,且抗断裂性能与晶粒尺寸相关,然而梯度晶粒结构材料具有复杂的晶粒尺寸分布,其断裂机理仍需进一步揭示.为此,基于晶体塑性有限元方法,将Cohesive单元植入有限元模型的多晶晶界处,分别模拟了均匀晶粒结构铜和梯度晶粒结构铜的单拉力学性能,并研究了预制裂纹对梯度晶粒结构材料裂纹扩展的影响.结果表明,所提出的晶体塑性本构模型结合晶界损伤机制可以有效模拟梯度晶粒结构材料的塑性变形以及裂纹扩展过程.在单轴拉伸变形下,梯度晶粒结构材料展现了应力与塑性应变的梯度分布特征.一方面,由于晶粒尺寸效应,尽管基体细晶区具有相对较低的流动应力,但是表层纳米晶强度高.此外,由于应变硬化能力的不同,尽管纳米晶区域表现出较低的塑性应变,但细晶区域呈现较高的塑性变形能力.因此,梯度晶粒结构通过强度与应变硬化能力的差异,有效地优化了强度与韧性的协同作用,从而增强了抵抗裂纹扩展的能力.纳米晶区域预制裂纹对梯度晶粒结构材料的强度影响较大,因此抑制纳米晶区域的裂纹萌生有助于晶粒结构材料的安全服役. 展开更多
关键词 梯度晶粒结构 晶体塑性有限元方法 内聚力单元 断裂行为
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纤维增韧TiB_(2)/TiCN基梯度陶瓷刀具材料的制备及力学性能
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作者 周后明 赵士杰 刘意琛 《材料导报》 北大核心 2025年第23期51-57,共7页
采用真空热压烧结方式制备了纤维增韧TiB_(2)-TiCN梯度复合陶瓷刀具材料,并对Al_(2)O_(3)纤维含量及梯度结构层厚比进行了优化。层厚比为1的T3-1梯度复合陶瓷刀具材料维氏硬度为(20.57±0.22)GPa,抗弯强度为(938.47±15.3)MPa,... 采用真空热压烧结方式制备了纤维增韧TiB_(2)-TiCN梯度复合陶瓷刀具材料,并对Al_(2)O_(3)纤维含量及梯度结构层厚比进行了优化。层厚比为1的T3-1梯度复合陶瓷刀具材料维氏硬度为(20.57±0.22)GPa,抗弯强度为(938.47±15.3)MPa,断裂韧性为(9.37±0.23)MPa·m^(1/2),相比最佳Al_(2)O_(3)纤维含量的均质复合陶瓷刀具材料TBA7,维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别增加了5%、10.84%和11.15%。梯度结构选用合适的层厚比在表层所产生的残余压应力和Al_(2)O_(3)纤维进一步细化了基体晶粒,表层穿晶断裂和中间层沿晶断裂的混合断裂方式提高了力学性能,纤维的拔出和产生的韧窝增强了材料的强度和韧性。梯度结构和纤维的共同增韧使材料的力学性能得到提高。 展开更多
关键词 陶瓷刀具材料 梯度结构 陶瓷纤维 力学性能
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