1 江汉大学 爆破工程湖北省重点实验室, 武汉 430056
2 中国矿业大学 矿业工程学院, 徐州 221116
3 云南磷化集团有限公司 国家磷资源开发利用工程技术研究中心, 昆明 650600
硬岩矿山巷道在机械冲击凿岩和炸药爆破的动力扰动作用下极易发生冒顶片帮和岩爆等动力灾害, 研究巷道变形破坏机理的动载效应意义重大。为了弄清动力扰动下巷道围岩的力学行为, 将硬岩巷道简化为岩石力学孔口问题, 采用50 mm杆径的改进型霍普金森压杆实验系统对系列含孔洞板状砂岩进行了冲击加载实验, 探索孔洞尺寸和形状对岩石动态力学参数、破坏模式及能量耗散特征的影响。研究结果表明: 孔洞的存在对岩石的动态强度、动态弹性模量和峰值应变均具有显著的弱化作用。随着孔洞尺寸的增大, 岩石动态力学特性参数显著降低; 不同孔洞形状中, 方形孔洞试样的动态强度和峰值应变最大, 紧接着是马蹄形孔洞和圆形孔洞试样, 而它们的弹性模量大小呈现相反的结论。岩石破坏形态方面, 冲击作用下完整岩石和孔洞岩石分别发生劈裂拉伸破坏和拉剪破坏。另外, 马蹄形孔洞试样能耗密度和分形维数同比最大, 分别为1.94 J/cm3和2.11 J/cm3, 表明其破坏过程最为剧烈, 而圆形和方形孔洞试样的破碎块度相差不大。该研究成果科学揭示了硬岩巷道围岩破裂特征, 为硬岩巷道支护设计和岩石灾变防治奠定了重要理论基础。
冲击加载 含孔洞岩石 动态力学特性 破坏模式 能量耗散 分形维数 impact loading rock with holes dynamic mechanical property failure mode energy dissipation fractal dimension
哈尔滨工业大学(深圳)理学院，广东 深圳 518055
质子导体固体氧化物燃料电池中的电解质是影响其性能和稳定性的关键。通过固相反应法制备了B位阳离子掺杂的BaCe0.9M0.1O3-δ(BCM，M=Sc、Y、Zr、Nb)质子导体陶瓷，通过材料表征和纳米压痕测试探究了B位掺杂对烧结特性和力学特性的影响规律。结果表明，三价离子掺杂会促进BCM烧结过程中颗粒的生长而高价离子掺杂则会抑制颗粒生长。在力学特性上，掺杂后的BCM的弹性模量随着同稳定价态掺杂元素(Sc和Y)的离子半径的增大而减小，随着不同稳定价态掺杂元素(Y、Zr和Nb)的价态的增加而减小。
固体氧化物燃料电池 质子导体电解质 力学特性 烧结特性 铈酸钡 solid oxide fuel cell proton conducting electrolyte mechanical properties sintering characteristic barium ceriate
1 天津大学建筑工程学院, 天津 300354
2 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室, 天津 300354
软土地基处理是工程界公认的有较高风险的工程领域, 传统软土固化中大量使用硅酸盐水泥, 不仅消耗自然资源, 还会对环境产生不良影响, 使用环境友好型碱激发地质聚合物替代传统硅酸盐水泥越来越受到国内外学者的重视。论文基于国内外已有研究成果, 从碱激发地质聚合物固化土发展历史、碱激发地质聚合物种类、碱激发地质聚合物反应机理、碱激发地质聚合物固化土力学特性和各类性能等方面进行研究进展的综述分析, 重点谈论地质聚合物处理软土的力学特性, 并对不同碱激发地质聚合物在软土地基加固中抗渗性能、抗冻融性能、抗腐蚀性能等进行分析, 对碱激发地质聚合物在软土地基加固中的应用进行系统梳理和展望, 以期引导和提升碱激发地质聚合物在软土地基加固中的应用, 实现我国地基加固可持续发展。
地质聚合物 碱激发 软土 固化 水泥土 力学特性 耐久性 geopolymer alkali-activation soft soil stabilization cement soil mechanical property durability
兰州空间技术物理研究所 真空低温技术与物理国家级重点实验室，兰州 730030
为了提升20 cm离子推力器的抗冲击性能，对现有结构开展了力学分析和试验验证。对栅极组件进行结构等效处理后，采用有限元方法分析了整机的模态和冲击响应谱。分析结果显示，栅极组件结构等效前后的分析结果对比差距8.3%～11.9%；推力器的3个轴向基频分别为246，248，336 Hz，栅极组件和中间极靴是离子推力器的力学薄弱环节并对整体结构稳定性具有重要影响；在冲击载荷1600 g下，栅极组件表面应力主要集中在小孔区边缘处，且形变也主要发生在小孔区；在采取刚度为1000 kN/m的减振措施后，栅极组件的整体形变位移降低了60%～82%。试验结果显示，在10～1200 Hz的低频扫描过程中，推力器3个轴向的基频分别为256，258，348 Hz，与仿真结果基本一致，采用减振措施后的20 cm口径离子推力器通过了1600 g的冲击试验。
离子推力器 力学特性 Von-Mises应力 形变位移 ion thruster mechanical properties Von-Mises stress deformation 强激光与粒子束
2022, 34(4): 044005
1 1.上海理工大学 机械工程学院, 上海 200093
2 2.上海微高精密机械工程有限公司, 上海 201203
砷化镓因其良好的光电特性被广泛应用于电子与半导体领域, 为推动砷化镓解理加工技术, 对砷化镓材料力学特性的各向异性进行计算并分析。本研究对砷化镓各个晶面之间的夹角、面间距、原子的密度等结构参数进行计算, 基于广义胡克定律结合压痕实验, 分析砷化镓材料表层弹性模量、泊松比、剪切模量、硬度、断裂韧性等力学特性在{100}晶面沿不同晶向力学性能的变化规律。结果表明: 砷化镓不同晶面间结构参数的不同是导致砷化镓力学特性呈现各向异性的主要原因; 砷化镓在{100}晶面上弹性模量、泊松比、剪切模量的各向异性均呈现出周期性变化, 且{100}晶面的剪切模量为恒值59.4 GPa; 砷化镓{100}晶面硬度的各向异性变化幅度较小, 断裂韧性变化幅度较大, 最小值为0.304 MPa·m1/2, 位于<110>晶向, 确定<110>晶向是裂纹最容易扩展的晶向。
砷化镓 力学特性 各向异性 压痕实验 gallium arsenide mechanical property anisotropy indentation test
1 上海理工大学医疗器械与食品学院, 上海 200093
2 上海交通大学电子信息与电气工程学院, 上海 200240
构建了高光谱反射、 透射和交互作用成像系统对蓝莓的硬度和弹性模量进行无损检测, 并对比不同成像模式的预测准确率。 反射高光谱图像采用以大津法为核心的算法进行分割, 而透射和交互作用高光谱图像利用基于区域增长的算法进行分割。 对提取平均光谱分别进行标准正态变量变换(SNV)和一阶SG卷积平滑(Der), 并构建相应光谱的最小二乘支持向量机模型。 在全波段模型中, 基于SNV预处理反射光(Reflectance-SNV)模型对蓝莓硬度的预测相关系数(Rp)=0.80, 相对预测误差(RPD)=1.76; 基于SNV预处理透射光(Transmittance-SNV)模型对蓝莓弹性模量的Rp(RPD)=0.78 (1.74)。 随机蛙跳算法(Random Frog)可以有效地减少了建模所需的波段数, 同时还提高了大部分模型的预测准确率。 基于随机蛙跳选择的Der交互作用光(Random Frog-interactance-Der)模型对蓝莓硬度的Rp(RPD)=0.80(1.83), 但该模型建模所需的波段数为140; 基于随机蛙跳算法的SNV透射光(Random Frog-Transmittance-SNV)模型对蓝莓弹性模量的Rp(RPD)=0.82(1.83), 同时该模型建模所需的波段数为20。
力学特性 质地 无损检测 随机蛙跳 波段选择 Mechanical property Texture Non-destructive testing Random Frog Wavelength selection 光谱学与光谱分析
2016, 36(11): 3651
南京理工大学 瞬态物理国家重点实验室, 南京 210094
以脉冲电流作为激励的电磁轨道炮无可避免地在不锈钢管身上感应出巨大涡流，涡流不仅自身损耗能量，而且削弱电枢的推进力，降低发射效率。为深入研究管身对电磁轨道炮的影响，结合场路模型计算了电磁轨道炮系统的发射效率和涡流能耗，讨论了不同管身结构和材料下的发射效率，进一步分析了管身对电磁轨道炮力学特性的影响。结果表明：基于10 MJ脉冲电源的中口径电磁轨道炮，其不锈钢管身将大幅削弱系统的发射效率，管身涡流能耗比炮口动能的一半还多；采用层压式结构的高导磁材料作为管身，发射效率的提升尤为明显；管身对电枢轴向力的削弱是导致发射效率下降的根本原因，对电枢径向力的削弱则不利于电枢和轨道的良好接触，从而增加接触电阻，降低发射效率；但是对身管各部件径向力的减小有助于降低身管所需预紧力。
电磁轨道炮 管身 力学特性 涡流能耗 electromagnetic railgun containment mechanical properties eddy-current loss 强激光与粒子束
2015, 27(9): 093201
1 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
2 中国科学院 电力电子与电气驱动重点实验室, 北京 100190
为获得大电动力、低温升、高结构强度的轨道型电磁发射器，分析了脉冲大电流电磁轨道发射装置的工作性能，对电感梯度、通流能力进行了判定，并分析了重力、电枢电动力与螺栓预紧力共同作用下电磁轨道发射装置的力学特性。结果表明: 在导轨长度及截面宽度固定的情况下，截面厚度越小，电感梯度越大;截面厚度越大，温升越低。为了获得大电感梯度、低温升并考虑材料成本，应合理设计各个部件的形状及尺寸。
电磁发射 力学特性 导轨 电感梯度 electromagnetic launch mechanical characteristics rail inductance gradient 强激光与粒子束
2014, 26(9): 095004
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
作为空间可见光相机的主要承载结构，机身桁架结构对于保证机身的力学性能至关重要。为了保证空间相机机身的结构刚度和稳定性， 针对机身桁架结构设计进行了研究。研究了桁架的基本结构，分析了支杆力学性能的影响因素，探讨了支杆长度和角度对该机身桁架力学性能的影响。分 析了支杆数量、支撑位置和分布形式对机身力学性能的影响，并分析了“Δ”型和“X”型桁架结构的特点。通过选择合理的支杆数量和分布形式，保 证了机身桁架的力学性能。然后在设计分析的基础上进行了力学试验，验证了机身的力学性能。试验结果表明，该桁架结构的设计能够获得较好的力学性能，满足机 身结构的设计要求。
空间相机 力学特性 桁架结构 工程分析 space camera mechanical property truss structure engineering analysis
1 燕山大学 光电子工程系,河北 秦皇岛 066004
2 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室,河北 秦皇岛 066004
在光子晶体光纤(PCFs)的熔接过程中,熔接能量和加热时间的控制是避免空气孔塌陷的关键所在。应用经典力学理论,提出了一种光子晶体光纤熔接过程中力学特性的数学模型,对熔接过程中光子晶体光纤空气孔的畸变情况及畸变对光纤模场分布变化引起的熔接损耗进行了分析。分析结果表明,通过控制熔接能量和熔接时间可以控制光子晶体光纤空气孔的畸变情况。根据理论分析结果,进行熔接实验,分析空气孔畸变引起的损耗情况。实验结果与理论值有很好的一致性。
光纤光学 光子晶体光纤 空气孔畸变 表面张力 力学特性
