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第51卷,第1期
刊出日期:2023年01月
  • 极端力学
  • 雍华东, 唐韵开, 刘东辉, 周又和 doi: 10.13245/j.hust.239302 P1-8 在线阅读 下载(2.96 MB)
    基于有限元H方法,考虑力学变形对二代高温超导REBCO(稀土-钡-铜-氧)带材临界电流密度的影响,构建了高温超导无绝缘线圈的二维电-磁-力耦合模型.通过在自场充电条件下与常规的等效电路模型结果进行对比,验证了模型的可靠性;对高背景磁场下线圈的磁化和充电过程进行模拟,分析了线圈的电磁及力学行为,得到了耦合条件下线圈中临界电流密度的分布.结果表明:磁化和充电过程中电流密度、偏转角、环向应变和环向应力的方向均相反;与磁化电流反向的感应电流在背景磁场稳定而充电尚未开始时已出现.与顺序求解的结果相比,考虑力学变形的影响会导致临界电流密度的分布不再具有对称性,且靠近线圈上端的区域的临界电流密度较小;此外,当忽略力学变形的影响时,数值结果会高估线圈的屏蔽磁场.
  • 肖衡, 李紫韬, 詹林, 王思宇 doi: 10.13245/j.hust.239334 P9-15 在线阅读 下载(1.25 MB)
    基于全程耗散新弹塑性模型,给出金属梁高低周弯曲疲劳破坏的全程统一模拟结果.在不涉及通常引入的损伤变量及特设失效判据的基础上,直接表征金属梁在循环弯曲过程中弯曲强度全程渐变弱化直至丧失的复杂行为.在考虑金属材料从强化到软化转变的基础上,导出金属梁在循环弯曲过程中截面上非均匀应力-应变和弯矩-曲率的显式关系,并分析金属梁的非线性循环弯曲响应及强度弱化效应,由此直接导出破坏循环数随曲率幅值变化的弯曲疲劳特征曲线,无须借助较为耗时的有限元手段.数值结果表明模型预言与梁循环弯曲的实际疲劳特征一致.
  • 王富磊, 欧阳朝军 doi: 10.13245/j.hust.239410 P16-25 在线阅读 下载(8.64 MB)
    为建立山区小流域降雨-山洪演进正演模拟和预报方法,构建了从降雨、植被截留、土体入渗、坡面汇流到山洪演进全过程物理模型.采用一阶迎风差分格式求解描述坡面汇流到径流过程的扩散波方程,并在凸地形点采用修正算法确保计算精度和求解简便性.基于CPU(中央处理器)+GPU(图像处理器)异构并行加速技术实现从降雨到山洪动力演进全过程快速模拟,计算效率相对CPU单核提升300倍左右.通过一维构造地形试验、V型槽实验和都江堰龙溪河真实小流域山洪过程分析,验证了当前计算模型和方法的有效性,为基于动力过程的山洪灾害实时预报研究提供参考.
  • 万世雯, 张琦炜, 方虹斌, 徐鉴 doi: 10.13245/j.hust.239141 P26-33 在线阅读 下载(2.72 MB)
    为了探究多单元同构/异构折纸超材料非常规的几何与力学特性,设计并制作了三单元同构/异构(MSC)串联折纸结构并进行拉伸实验,得到结构力-位移曲线.通过离散积分获得结构势能-位移曲线,通过中心差分获得刚度-位移曲线.对三种曲线进行多项式拟合,给出本构模型的近似解析表达式.结果表明:三单元异构MSC串联折纸超材料的单元遵循刚度小先变形原则,并且展开过程中存在四个稳定构型;三单元异构结构的构型切换拥有可编程性;当结构中存在同构单元时同构单元变形顺序存在一定随机性;折纸超材料本构近似解显示出强非线性,拥有刚度可变的特点.研究结果不仅可以为该结构在工业方面的应用提供设计依据,而且还可以将结果推广到拥有任意同构/异构单元数量的串联折纸超材料,推动多单元折纸超材料研究领域的发展.
  • 徐宏宇, 沈峰, 聂国华 doi: 10.13245/j.hust.239152 P34-41 在线阅读 下载(1.87 MB)
    针对含有横向基体裂纹与贯穿型分层的复合材料层合板,建立了一个四子域的二维力学模型,利用一阶剪切变形理论(FSDT),并结合连续性条件和边界约束条件获得拉伸载荷作用下与裂纹密度和分层长度相关的分层裂纹张开口位移(DCOD)的理论解.运用COMSOL软件进行有限元建模计算,验证了理论解的精确性.利用获得的DCOD解,通过达西定律给出了氦气通过复合材料层合结构的渗透方程,最终确定了氦气经过结构的渗漏率.同时,采用经典的热压法制备了预埋一定裂纹密度与分层长度的T700碳纤维增强体/环氧树脂基复合材料层合结构,并利用一台高真空系统进行了渗漏实验.结果表明:在渗漏率保持小于1×10-5Pa⋅m3/s渗漏量水平上,理论值与实验结果相符合.本模型对于分析航天低温贮箱的渗漏规律具有重要参考价值.
  • 胡海飞, 郭鹏, 乔冠博 doi: 10.13245/j.hust.239150 P42-47 在线阅读 下载(1.02 MB)
    回顾了国内外空间光学大型镜面相关领域的发展现状和趋势.结合已经开展的工作,讨论了在极端约束条件下,先进空间光机结构所要解决的材料选择、结构优化和超轻量化设计、表面应力调控和预应力加工技术等问题;指出了超大口径镜面减重、超轻量化镜面面形稳定性、离轴非球面宽动态范围精密面形调节等须进一步研究的方向.
  • 张明珠, 王海仁, 左营喜, 高婧婧 doi: 10.13245/j.hust.239104 P48-58 在线阅读 下载(1.87 MB)
    综述天文学研究极致追求下单口径射电望远镜天线结构技术发展历史.更大的口径、更高的精度、更大的带宽,是射电望远镜一直以来的追求.早期大型射电望远镜受制于重力、温度、风等自然因素对望远镜的影响和当时的技术水平,只能在较低的工作频段进行观测.自Von Hoerner提出保型设计,射电望远镜在结构设计上突破了重力极限,在与以前望远镜同等条件下能实现更大口径和更高精度,这使得射电观测波段往更短的方向扩展.随着天文科学面向更短波段的毫米波和亚毫米波观测,仅通过结构保型设计的望远镜已无法满足需求,天线保护罩、主动面控制等手段应运而生.当前大型亚毫米波望远镜已成为国际天文界的迫切需求,即使上述手段发挥到了极限也无法达到其指标要求,因此必须在方法与技术上进行大的革新.
  • 刘大彪, 刘磊, 胡炯炯, 陈炎明 doi: 10.13245/j.hust.239333 P59-66 在线阅读 下载(978.98 KB)
    综述了捻卷型纤维基(TCF)人工肌肉的发展历程和研究现状.对其制备方法、拓扑结构与力学原理、工作机制及驱动方式等方面进行了总结.TCF人工肌肉的研究虽然取得了一定进展,但仍存在诸多挑战:缺乏力学引导的人工肌肉制备技术和结构设计准则;采用不同材料和不同卷绕方式制作的人工肌肉,其驱动性能各异,难以确定驱动性能最佳的拓扑结构;面向人工肌肉力学性能和致动特性的表征手段尚不完备.单纤维的拉扭力学性能决定了纤维基人工肌肉的致动特性,目前仍缺乏完备的面向人工肌肉纤维的力学表征方法和致动特性测试手段,纤维基人工肌肉的精确驱动控制难以实现.人工肌肉纤维具有较强的时变非线性,缺乏精确描述其机械输出特性的迟滞模型.
  • 熊启林, 曾昭泉, 安稳, 黄西成 doi: 10.13245/j.hust.239114 P67-81 在线阅读 下载(920.37 KB)
    对超高应变率下金属热力学塑性变形行为的研究进展进行了梳理.分别从实验研究、理论模型(本构关系)与数值模拟三个方面,对超高应变率下金属宏观热力学塑性变形行为及其显微结构演化规律的发展进行了概述.通过对现有文献的系统回顾、整理与比较,总结归纳了相关研究的若干问题,并展望了超高应变率金属动态塑性变形研究的发展方向,为后续超高应变率下金属塑性行为相关研究提供参考.
  • 清洁燃烧
  • 杨泽群, 赵洁霞, 李海龙 doi: 10.13245/j.hust.239033 P82-91 在线阅读 下载(681.46 KB)
    鉴于利用光催化剂实现燃煤烟气中单质汞(Hg0)的催化氧化脱除是实现燃煤烟气汞污染控制的有效手段,总结了前期研究的光催化燃煤烟气Hg0氧化技术.重点阐述了钛基、铋基、银基和金属硫化物半导体材料光催化氧化Hg0的性能与研究进展,探讨了Hg0在半导体材料上的催化氧化机理及不同改性手段提升光催化剂Hg0氧化活性的理论机制,并对光催化技术在烟气汞污染防治研究方面的应用情况进行了分析和展望.在此基础上提出了克服现阶段光催化氧化燃煤烟气汞技术瓶颈的有效方法,为进一步开发高效的燃煤烟气Hg0光催化氧化材料与技术提供参考.
  • 李腾, 赵京, 魏小林 doi: 10.13245/j.hust.239070 P92-100 在线阅读 下载(702.02 KB)
    鉴于高碱煤燃烧过程中碱金属释放机制及影响NO生成的详细机理缺乏系统讨论,在综述前人工作基础上,结合最新的研究成果,通过实验和化学反应计算探讨了碱金属盐的释放特性及其对NO生成的影响机制.结果表明:碱金属的释放速率及释放量会受到反应温度、升温速率、反应气氛及其他矿物元素等因素的影响,并且在释放过程中还伴随着不同赋存形式碱金属之间的相互转化.计算分析发现:释放的NaCl等碱金属盐能够通过影响H,O和OH自由基的重组来影响NO的生成,各种基元反应之间的竞争性关系决定了NaCl对NO最终的影响.
  • 杨晴, 孙云琪, 周荷雯, 凌晨 doi: 10.13245/j.hust.238975 P101-110 在线阅读 下载(763.5 KB)
    围绕火电、钢铁和水泥三大典型行业,对碳捕集利用与封存(CCUS)技术研究现状、碳捕集能耗、发展潜力和部署路径进行综述,总结了三大典型行业CCUS总体发展情况.指出目前我国典型行业的CCUS技术应用还处于发展初期阶段,CCUS技术使用带来的协同效应(如火电厂能耗增加,水泥厂中与产品的反应等)、安装成本、环境影响和风险等都限制了CCUS的规模化应用.建议细化火电、钢铁、水泥行业减排技术方案,对典型行业CCUS技术研发、示范项目给与专项资金扶持,进一步推进CCUS全链条集成示范及商业化应用,从而推动我国双碳目标的顺利实现.
  • 温昶, 张博涵, 王雅钦, 刘骞, 涂正凯, 张志银, 曲名新 doi: 10.13245/j.hust.239016 P111-122 在线阅读 下载(1.13 MB)
    从技术原理、研究进展、系统集成和经济性分析四个方面阐述了质子交换膜电解水制氢技术(PEMWE)的研究进展与发展前景.介绍了PEM电解水制氢技术中阴极和阳极的化学反应及影响条件.分别从质子交换膜的结构优化、PEM阳极催化剂的选型、膜电极的结构优化及制备、双极板的性能提升及表面改进、电解池传热传质及流场结构等方面进行了总结.系统集成主要着眼于电解池的动态响应特性和与可再生能源的结合,最后对PEM电解池进行了经济性分析.助力推进质子交换膜电解池研究和技术的进步.
  • 孙健, 柏生斌, 周子健, 杨远东, 刘文强 doi: 10.13245/j.hust.238902 P123-132 在线阅读 下载(765.79 KB)
    CaCO3/CaO材料来源广泛、储能容量大、储能温度高,是良好的高温热化学储热介质.对CaCO3/CaO材料的热化学储能原理及系统进行介绍,并阐述其应用于传统表面式和新型容积式集热器中所面临的高温烧结、固有吸光特性差和易扬析等问题.系统地分析了CaCO3/CaO热化学储能材料实际应用中所面临的关键问题,并综述了国内外高效CaCO3/CaO复合材料开发的研究现状.最后,指出了CaCO3/CaO复合材料研究存在的不足和进一步的研发方向.
  • 沈天绪, 沈来宏 doi: 10.13245/j.hust.238945 P133-145 在线阅读 下载(1.32 MB)
    由于流化床-热重分析仪(FB-TGA)将流态化与质量测量相结合,在表征传递与反应紧密耦合的反应过程中具有独特优势,因此总结了FB-TGA在化学链燃烧反应动力学及载氧体性能表征的应用进展.通过概述FB-TGA的构造发展,揭示其操作测量特性与性能优化方向;通过剖析FB-TGA的研究成果,阐述了载氧体气固反应动力学的新认知.解析了长周期循环中载氧体磨损和团聚的演化行为与过程规律,并为后续载氧体构筑、性能活性保持与反应器设计提出策略建议.
  • 潘卫国, 李楚凡, 郭瑞堂 doi: 10.13245/j.hust.239153 P146-155 在线阅读 下载(709.23 KB)
    以用于光电催化CO2还原的铜基光电阴极为研究对象.首先,分析了光催化、电催化和光电催化的基本原理,并总结了光电催化系统的主要优点.然后,从改善吸光能力、抑制光腐蚀、促进载流子分离、优化界面反应等方面对增强铜基光电阴极性能的策略进行了分析.通过对催化剂的形貌进行调控、负载吸光半导体和元素参杂可以提高吸光能力;通过表面包裹保护膜,可以有效抑制光腐蚀;通过表面空穴工程或引入石墨烯/还原氧化石墨烯、金属有机骨架和碳纳米管等材料,能够有效提高载流子分离率和传输效率;通过增加活性位点、引入局域等离子体效应和提高CO2吸附性能,能够优化界面反应.最后,分析了连续流动反应器设计的最新研究进展,并对铜基光电阴极开发需解决的技术问题进行了展望.
  • 蔡宁, 陈应泉, 杨海平, 陈汉平 doi: 10.13245/j.hust.238994 P156-162 在线阅读 下载(3.54 MB)
    以过渡金属铁、钴和镍单金属或双金属为催化剂活性组分,研究聚丙烯废塑料的催化热解行为,探究催化剂活性金属组分及其与载体间的相互作用对催化热解产物分布和品值特性的影响.研究结果表明:单金属催化剂中钴活性最好,促进液体产物向积碳转化分别得到质量分数约10%液体油及33%积碳.铁催化剂所得积碳石墨化程度较高,碳纳米管产率最高,约20%,而镍催化剂活性相对较差,得到更多液体油产物.相比单金属,双金属催化剂中铁钴具有协同作用,表现出更高催化活性,促进积碳和氢气形成,得到最大积碳和氢气产率,分别可达35%和49%;铁镍催化剂次之,积碳和氢气产率分别为33%和46%;钴镍双金属催化剂未形成合金,对催化过程并无明显提升作用.
  • 鞠洪玲, 周人杰, 李松 doi: 10.13245/j.hust.239077 P163-168 在线阅读 下载(2.4 MB)
    为探究乙烯扩散火焰在轴线上的碳烟生成特性,在一台层流同轴扩散火焰装置上,将氧气浓度(体积分数)控制为21%,24%,26%,28%和31%,使用碳烟颗粒采样装置对乙烯扩散火焰中不同轴向位置的碳烟进行采样.利用高分辨率透射电子显微镜对不同氧气浓度的碳烟颗粒样本进行观察和分析,结果表明:在相同的氧气浓度下,随火焰高度的增加,火焰轴线位置处的基本碳粒子平均粒径呈现先增大后减小的趋势,分形维数增加,团聚体从条状和链状向团状和簇状发展;在同一火焰高度,随着氧气浓度增大,基本碳粒子平均粒径减小,团聚体的分形维数变大,生成更多致密的网状团聚体,微晶的平均碳层间距和扭曲度都有所增加,碳层从平行排列变成弯曲排列.
6 2024
主 管:教育部
主 办:华中科技大学
主 编:李元元
刊 号:ISSN 1671-4512
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