广义有限元方法研究进展

广义有限元方法是常规有限元方法在思想上的延伸,它基于单位分解方法,通过在结点处引入广义自由度,对结点自由度进行再次插值,从而提高有限元方法的逼近精度,或满足对特定问题的特殊逼近要求.基于广义有限元方法对单元形状函数构造理论的深入研究,具有任意内部特征(空洞、夹杂、裂纹等)及外部特征(凹角、角点、棱边等)的复杂问题,都将在简单、且与区域无关的有限元网格上加以求解.本文主要介绍广义有限元方法的基本思想、主要特征及对重要细节的处理策略,包括线性相关性的处理、局部逼近函数的获取、区域上的数值积分技术以及边界条件的处理.与扩展有限元方法和有限覆盖方法比较,分析它们各自的特点.综述广义有限元方法的研究现状、应用,展望广义有限元方法的未来发展.     

不同理论下圆板特征值之间的解析关系

基于经典板理论(CPT)、一阶剪切变形板理论(FPT)以及Reddy三阶剪切变形板理论(RPT)之间,圆板轴对称特征值问题在数学上的相似性,研究了不同理论之间圆板特征值间的解析关系．将特征值问题的求解转化为代数方程的求解,并导出了不同理论之间圆板特征值的显式精确解析关系．从而,只要已知圆板特征值（临界屈曲载荷和固有频率）的经典结果,便很容易从这些解析关系中得到一阶和三阶理论下圆板特征值的相应结果,这便于工程应用,同时也可检验一阶和三阶理论下板特征值的数值结果的有效性、收敛性以及精确性等问题．     

用DSC研究1,2-丙二醇及其水溶液的协同松弛行为

为了验证基于位形熵的非线性Adam-Gibbs协同松弛模型(AGV)能否用于描述小分子氢键液体的协同松弛行为, 利用差示扫描量热法(DSC)测量了连续升降温条件下1,2-丙二醇及其四种水溶液在115～230 K之间的比热容, 利用曲线拟合技术获得AGV模型参数. 结果表明, AGV模型可以重现体系的实验比热容数据. 1,2-丙二醇表现出与其水溶液明显不同的松弛行为, 但水含量的变化对松弛行为的影响并不明显. 利用AGV方法和Johari方法分别对协同重排活化能(Δμ')和协同重排域(CRR)尺寸(z*)作了分析. 只有选择比聚合物大得多的某一协同重排位形数, 以AGV方法得到的z*才不至于没有物理意义. Johari方法的分析结果表明, T_g温度下1,2-丙二醇的CRR内有约3个分子, 但对应的协同重排位形数(W*)却较聚合物高出很多. Donth的基于热力学温度波动理论的分析表明, 1,2-丙二醇及其水溶液的CRR尺寸随组分的变化趋势可与Δμ'和非指数参数的分析结果相吻合, 但得到的1,2-丙二醇的CRR内有约350个分子, 从而和Johari的分析结果产生巨大差别.     

偏压电场对压电板中Lamb波相速度的影响

本文研究了偏压电场作用下,Lamb波在压电板中的传播行为，首先给出了偏压电场作用时压电板中的应力场及电位移场，然后通过求解含初应力及初电位移的小幅波动问题的耦合方程，分别给出了Lamb波的对称模态和反对称模态的相速度方程，以典型的PZT－5H压电陶瓷板为例进行了数值计算,并讨论了偏压电场对Lamb波相速度及频散曲线的影响，结果表明，偏压电场可以显著地改变Lamb波的传播速度，借此可使声波器件获得延时效果。     

油气井密封结构的变形与失效行为研究进展

在今后相当长一个时期,石油和天然气依然是人类的主要能源.油气井密封是油气开采中最重要的作业之一,在水平钻井、水力压裂等最新的油气开采技术中发挥着重要的作用,促进了页岩气等非常规油气开采的发展.密封质量会直接影响油气井的安全和生产效率,密封元件的失效可造成严重的环境污染和生命财产损失.因此,深入理解密封元件的失效行为,对于油气井安全评估具有重要意义.水泥和可溶胀高弹体密封是两种最主要的密封方式.水泥密封已有百余年历史,溶胀式高弹体密封则是一种相对较新的密封技术.本文介绍这两种油气井密封结构变形与失效行为的国内外最新研究进展.首先,介绍固井水泥环固化过程中的应力演化、生产作业导致的应力、水泥环的失效模式和失效判据方面的研究进展;然后,介绍溶胀式高弹体封隔器的基本原理、力学理论、测试方法、失效模式及失稳等方面的研究进展.     

低合金结构钢及其焊缝热影响区的韧性损伤演化行为

采用损伤力学方法研究了低合金结构钢及其焊缝热影响区近缝粗晶区的韧性损伤演化行为。从不可逆热力学出发，建立了一般韧性损伤模型。然后用一种新的交流电住损伤测量系统，测得了该钢及其模拟粗晶区的韧性损伤演化规律，得出了相应的损伤演化方程。讨论了应力三轴度对损伤演化和破坏的影响。结果表明，粗晶区及其母材的损伤分别遵循非线性和线性规律；前者的损伤生长速度远高于后者，但其临界损伤值和断裂应变远低于后者。     

山梨醇水相催化重整制取芳香化合物

研究了山梨醇水相催化重整对制备芳烃类化合物的调控规律. 研究表明,芳烃类、酮类、呋喃类及有机酸类化合物为油相的主要成分. 当3%的镍负载在复合分子筛时,芳烃碳收率达到了34.36%;而当金属负载量达到20%时,碳收率仅为4.82%. 同时,不同的反应参数对碳收率也有较大的影响. 碳收率随着温度的升高逐渐增大;但随着液时空速与氢气压力的增加而减小. 因此,合适的温度、较长的滞留时间及较低的氢气压力有利于芳烃的生成.     

碱助剂促进Ni基催化剂氢解山梨醇制备二元醇

采用逐步湿浸渍的方法制备了一系列含有不同载体和碱促进剂的Ni基催化剂用于生物质基平台化合物山梨醇的氢解反应. 通过反应对载体和碱促进剂进行了筛选和组分含量的优化,碱性促进剂的引入不仅增强了催化剂的碱性,而且通过Ni²⁺和碱促进剂的强相互作用提高了Ni在催化剂上的分散性;10%Ni/10%La₂O₃/ZrO₂表现出了非常高的氢解活性和较好的二元醇(乙二醇和1,2丙二醇)选择性,金属Ni和碱促进剂La₂O₃之间的协同作用机理对于山梨醇选择性氢解制备二元醇影响显著. 在优化的反应条件下,山梨醇达到100%的转化并且有超过48%的二元醇产率. 研究中对催化剂进行了XRD、BET、H₂-TPR和CO₂-TPD表征,用于分析催化剂结构性能. 通过对山梨醇氢解以及中间产物动力学曲线的研究,得出多元醇氢解活性与所含羟基数正相关,产物的最终分布是氢解动力学平衡的最终结果.     

镍基整体式催化剂上生物质粗燃气重整调变的特性研究

采用浸渍法制备了Ni基整体式催化剂,考察了不同条件(温度、时间、空速、水蒸气添加等)对催化剂上生物质粗燃气重整反应性能的影响。结果表明,催化剂在较低温度下(≤500 ℃)只具有CO加氢反应活性,随着反应温度的升高粗燃气重整反应逐渐进行,在800 ℃以上,CH₄和C₂转化率均高达95 %以上,CO₂转化率达到92%,但随着反应空速和水蒸气添加量的增加,CH₄和CO₂等转化率呈现缓慢降低的趋势。此外,通过改变水蒸气添加量可对合成气中H₂/CO体积比在0.85~4.00进行较好调节。结合XRD表征发现,Ni基整体式催化剂中Ni°的生成可较好地促进重整反应的进行。     

焊接接头低周被劳裂纹扩展的统计分析与可靠性最弱环模型

在相同的试验条件下,对１６ＭｎＲ压力容器用钢焊接接头焊缝区、热区和母材区,分别做了１５根试样的低周疲劳试验,获得了三个我的低周波劳寿命分布与裂纹扩展规律。试验表明,Ｐａｒｉｓ公式中的两个参数ｍ和ｃ分别服从正态分布和对数正的两个裂纹和蔗间的扩展寿命进行了预测,预测结果与试验符合良好。文中还对焊接接头三个区的低周疲国筌 统计分析,获得了相应的概率密度函数,初步提出了整个焊接接头的可靠性最弱环模型。