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石墨烯辐照损伤及力学性能研究 被引量:4
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作者 华军 候燕 +1 位作者 段志荣 贺煜 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期1080-1087,共8页
石墨烯的加工和掺杂是其工程应用和性能开发的重要手段,离子辐照技术是实现上述目的的有效途径.利用分子动力学方法建立了硅离子辐照石墨烯和辐照后拉伸的数值模型.考虑辐照剂量、辐照能量和辐照角度这3个主要影响因素,研究了不同辐照... 石墨烯的加工和掺杂是其工程应用和性能开发的重要手段,离子辐照技术是实现上述目的的有效途径.利用分子动力学方法建立了硅离子辐照石墨烯和辐照后拉伸的数值模型.考虑辐照剂量、辐照能量和辐照角度这3个主要影响因素,研究了不同辐照条件下石墨烯的缺陷类型和数量,并分析了在辐照剂量影响下的拉伸破坏.结果表明:当辐照能量较小时,入射粒子会吸附在石墨烯表面.随着辐照能量的增大,入射粒子会穿透石墨烯而形成缺陷,当辐照能量到达一定值时,再无吸附原子.随着辐照剂量的增加,溅射原子和缺陷数目均增多,且缺陷类型以空位缺陷为主,其拉伸力学性能随着缺陷数量的增加而减小,二者近似成线性关系.辐照后石墨烯的拉伸破坏机理与完美石墨烯的有所不同,应力强化阶段明显缩短,缺陷带决定其起裂位置和断裂走向. 展开更多
关键词 石墨烯 辐照损伤 分子动力学 破坏机理 力学性能
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基于改进PSO-BP神经网络的土遗址锚固力智能化预测研究
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作者 殷运童 马剑 +4 位作者 白镇滔 芦苇 毛筱霏 倪娜 李东波 《力学学报》 北大核心 2025年第4期867-882,共16页
古建筑“最小干预”原则严禁加固设计时大规模原位测试,导致锚固设计等往往具有较大经验性和随机性.近年来,人工智能的数据挖掘、高效精准等优势为古建筑保护提供了新的思路,如何协同好“最小干预”和加固设计科学化已成为古建筑保护智... 古建筑“最小干预”原则严禁加固设计时大规模原位测试,导致锚固设计等往往具有较大经验性和随机性.近年来,人工智能的数据挖掘、高效精准等优势为古建筑保护提供了新的思路,如何协同好“最小干预”和加固设计科学化已成为古建筑保护智能化的重要课题.为此,引入自适应惯性权重和非对称学习因子改进传统粒子群算法,进而优化BP(backpropagation)神经网络的初始权重和阈值,构建一种新型粒子群优化BP神经网络(improved particle swarm optimization-backpropagation,IPSO-BP)锚固力智能化预测模型.以碳纤维楠竹锚杆为例,综合原位和模型试验,考虑锚固长度、直径、倾斜角度、灌浆体强度、孔径和碳纤维缠绕间距等影响因素,建立锚固力样本数据.数据学习和预测结果表明,IPSO-BP模型具有更好的鲁棒性、效率和精度,与传统粒子群优化BP神经网络模型相比均方根误差与平均绝对误差分别下降了61.3%和31.9%.基于Spearman相关系数理论,进一步分析了锚固力对不同影响因素的灵敏性,结果表明,锚固长度是影响锚固力的关键因素,而钻孔体积将直接影响锚固施工时对土遗址的损伤程度.进而以锚固长度和孔径作为设计变量,通过单目标和多目标优化分析,获得了锚固力最大化和钻孔体积最小化的最优设计方案.研究成果可为土遗址加固保护的智能化发展提供技术支撑和理论参考. 展开更多
关键词 土遗址 锚固力 粒子群优化 BP 神经网络 预测模型
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基于分子动力学的氧化石墨烯拉伸断裂行为与力学性能研究 被引量:9
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作者 李东波 刘秦龙 +2 位作者 张鸿驰 雷蓬勃 赵冬 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期1393-1402,共10页
与石墨烯相比,氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的亲水性、分散性和反应活性更好,更易于作为增强材料而研发生成性能超常的复合材料,但另一方面,由于其电子结构较为复杂,致使目前有关力学方面的研究存在一定差异.本文利用分子动力学方法... 与石墨烯相比,氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的亲水性、分散性和反应活性更好,更易于作为增强材料而研发生成性能超常的复合材料,但另一方面,由于其电子结构较为复杂,致使目前有关力学方面的研究存在一定差异.本文利用分子动力学方法,建立了羟基、羧基和环氧基等官能团随机分布的GO原子模型;通过单向拉伸模拟,分析了其断裂行为,结果表明,远离羟基和羧基的环氧基对断裂具有'诱导'作用,并从化学成键、体系能量和应力分布三个角度对其机理进行了阐释;此外,进一步研究了拉伸应力-应变曲线、极限强度、极限应变等力学性能与含氧官能团覆盖度间的关系,结果表明,极限强度、极限应变均随含氧官能团覆盖度的增大而呈减小趋势.分析认为,主要原因是官能团的出现对石墨烯面内的sp^2杂化形式造成了破坏,进而使得原子间键合能弱化,随着含氧官能团的覆盖度的增大,被弱化的键合能的数量和程度将越大,从而使得GO的极限强度、极限应变等越低.研究结果可为GO的基础研究和工程应用提供参考. 展开更多
关键词 分子动力学 氧化石墨烯 拉伸 断裂行为 力学性能
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含缺陷双层石墨烯的纳米压痕模拟研究 被引量:2
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作者 华军 武霞霞 段志荣 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期917-925,共9页
石墨烯具有独特的力学、电学性能,被誉为是具有战略意义的新材料,具有广泛的应用前景.目前生产的石墨烯含有各种缺陷,相较于完美石墨烯,其仍有较大应用价值.因此有必要研究和掌握缺陷对石墨烯性能的影响,以便在目前的生产技术下,推动其... 石墨烯具有独特的力学、电学性能,被誉为是具有战略意义的新材料,具有广泛的应用前景.目前生产的石墨烯含有各种缺陷,相较于完美石墨烯,其仍有较大应用价值.因此有必要研究和掌握缺陷对石墨烯性能的影响,以便在目前的生产技术下,推动其工业化应用.采用Tersoff势来模拟C—C共价键的相互作用,Lernnard--Jones势来模拟非成键碳原子之间相互作用力,基于分子动力学模拟了金刚石压头压入含缺陷双层石墨烯的纳米压痕过程,讨论了Lernnard--Jones势函数的截断半径最佳值以及得到了典型的载荷-位移曲线.重点探讨了Stone--Thrower--Wales、空位(包括单空位和双空位缺陷)以及圆孔缺陷当位置不同和数目不同时对石墨烯力学性能的影响.得出结论:薄膜中心存在缺陷时,破坏强度下降幅度特别明显.空位缺陷在压头半径范围内存在时,临界载荷与缺陷与薄膜中心的距离成线性关系;缺陷数目越多,其杨氏模量、破坏强度等就越低.圆孔缺陷数目在压头范围外达到一定浓度后会使石墨烯的力学性质显著降低.本文结论也说明石墨烯结构稳定,对小缺陷不敏感,缺陷石墨烯仍具有较好的性能和使用价值. 展开更多
关键词 双层石墨烯 缺陷 纳米压痕 分子动力学 薄膜
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超静定梁-柱的解析解研究 被引量:1
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作者 李银山 丁千 +3 位作者 李子瑞 郭春霞 孙永涛 柳占立 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期3068-3079,共12页
本文采用渐进积分法研究了超静定梁-柱的弯曲问题.首先建立超静定梁-柱的四阶挠度微分方程,考虑到边界条件和连续光滑条件,采用连续分段独立一体化积分法求解得到了挠度的精确解析解.为了满足工程设计需要,构造了超静定梁-柱的四阶挠度... 本文采用渐进积分法研究了超静定梁-柱的弯曲问题.首先建立超静定梁-柱的四阶挠度微分方程,考虑到边界条件和连续光滑条件,采用连续分段独立一体化积分法求解得到了挠度的精确解析解.为了满足工程设计需要,构造了超静定梁-柱的四阶挠度微分迭代方程,选取无轴向力作用时超静定梁的挠曲线作为梁的初函数,将初函数代入梁的四阶挠度微分迭代方程进行积分,利用边界条件和连续光滑条件确定积分常数,得到下一次迭代挠度函数,依次进行迭代积分运算.计算出了最大挠度、最大转角和最大弯矩等用轴向力放大系数表示的多项式解析函数解.本文选取了两种边界条件下受分布力作用的超静定梁-柱进行分析,计算结果表明,当超静定梁-柱所受的轴向力小于欧拉临界力的1/2时,迭代六次误差就可以控制在1%以内;不仅梁-柱最大位移和最大内力的大小随轴向力的增大而增大,而且其位置也随轴向力的增大而发生迁移.本文的研究对揭示轴向力对超静定梁-柱变形和内力的影响有重要意义,为超静定梁-柱的实际设计提供了一定的理论基础. 展开更多
关键词 渐进积分法 梁-柱 超静定 放大系数 一体化解法 位置迁移
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氧化石墨烯与粉煤灰增强水泥基材料的协同机理及其抗压性能尺寸效应 被引量:7
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作者 李东波 张鸿驰 +2 位作者 刘春燕 赵冬 芦苇 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1869-1876,共8页
氧化石墨烯(GrapheneOxide,GO)对水泥基材料微观结构和力学性具有显著改善和增强作用,但同时会劣化其流动性。为此,考虑粉煤灰(FlyAsh,FA)对流动性改善作用,提出了FA和GO协同增强水泥基材料的优化策略,并阐释了其协同机理以及抗压性能... 氧化石墨烯(GrapheneOxide,GO)对水泥基材料微观结构和力学性具有显著改善和增强作用,但同时会劣化其流动性。为此,考虑粉煤灰(FlyAsh,FA)对流动性改善作用,提出了FA和GO协同增强水泥基材料的优化策略,并阐释了其协同机理以及抗压性能的尺寸效应。结果表明,FA和GO可改善水泥基材料的流动性并且增强其力学性能,表现出明显的协同优化效应。考虑FA的润滑效应、火山灰效应以及GO的促凝作用、纳米填充效应、桥联阻裂效应等,阐释了两者在分散性、水化进程、级配优化等方面的协同机理。结果表明:相比于单掺GO,复掺FA和GO时的抗压强度尺寸效应系数减小,表明协同效应使得复合材料更加匀质化,进一步验证了协同效应对分散性、级配效应等的优化;并从匀质性和环箍效应等方面阐释了尺寸效应机理。极差分析表明,尺寸效应系数对各影响因素灵敏性从大到小依次为GO、FA和水胶比。相关结果对该水泥基材料的理论研究和工程应用具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 氧化石墨烯 粉煤灰 水泥基材料 协同机理 力学性能 尺寸效应
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