Ab initio investigation of the elasticity and stability of aluminium

On the basis of the pseudopotential plane-wave (PP-PW) method in combination with the local density functional theory (LDFT), complete stress-strain curves for the uniaxial loading and uniaxial deformation along the [001] and [111] directions, and the biaxial proportional extension along [010] and [001] for aluminium are obtained. During the uniaxial loading, certain general behaviours of the energy versus the stretch and the load versus the stretch are confirmed; in each case, there exist three special unstressed structures: f.c.c., b.c.c., and f.c.t. for [001]; f.c.c., s.c., and b.c.c. for [111]. Using stability criteria, we find that all of these states are unstable, and always occur together with shear instability, except the natural f.c.c. structure. A Pain transformation from the stable f.c.c. structure to the stable b.c.c. configuration cannot be obtained by uniaxial compression along any equivalent [001] and [111] direction. The tensile strengths are similar for the two directions. For the higher energy barrier of the [111] direction, the compressive strength is greater than that for the [001] direction. With increase in the ratio of the biaxial proportional extension, the stress and tensile strength increase; however, the critical strain does not change significantly. Our results add to the existing ab initio database for use in fitting and testing interatomic potentials.

海底边界对水下管线的水动力影响

本文叙述了在定常流中,用平板模拟海底平面边界,在雷诺数R_e为4.0×10~3～1.5×10~5范围内,测量了孤立圆柱和离平板不同距离上的单柱的阻力(C_D)、升力(C_L)、上抬力(C_(LO))等水动力系数和响应频率f。研究了管道距平板边界的相对间距H/D(H为圆柱与平板之间的间距;D为圆柱直径)对水动力特性的影响。

生物力学进展和趋向(续)

<正> 三、运动关节力学 运动关节(diarthrodial joint)的功能在于使动物能灵巧地运动肢体。译成力学术语就是:传递载荷,吸收冲击、振动,承受相当高的应力,且运动时摩擦系数很小。L.L.Malcom曾精细地测量过牛肱关节的摩擦系数,在正应力1—20kg/cm~2的范围内,动摩擦系数为0.0025—0.0040,而最好的工程材料的摩擦系数为0.01—0.05,整整差一个量级。

弹道靶上的跨音速实验

本文介绍用弹道靶作跨音速试验的新方法,在二级轻气炮上采用了二个特殊的新技术:充气放炮能发射模型达到亚音速,低充填条件能发射模型达到跨、超音速。由于初始加速度较小,发射的模型外形完整,姿态稳定;加上没有支撑干扰和小洞壁效应的优点,使弹道靶设备在跨音速实验方面有特殊的优越性,用上述技术得到了圆球跨音速流场的清晰照片,其中击波脱体距离、分离点位置、颈部宽度、尾迹形状与超音速、高超音速流动比较有明显变化。文中M≈1.010和M≈0.99的二张全流场照片是十分有意义的。最后提出一个想法,用靶场加压、降温的方法可以提高雷诺数直到10~7以上。

T型多分岔管路中的油水两相流动实验研究

T型多分岔管路是复合式分离器中的核心部件之一,本研究通过室内实验和数值模拟,研究了入口流速、相含率、分岔次数和流量配比等参数对T型多分岔管路中油水分离效率的影响.结果表明,在T型单分岔管路中油水两相发生了明显的相分高现象,但是分离效率受入口流速、相含率和流量配比的影响显著.随着分岔次数的增加,可以在更宽的入口工况和运行条件范围内保持较高的分离效率,这对于T型多分岔管路装置的工业应用具有重要的意义.T型多分岔管路装置具有结构紧凑、压降损失小、分离效率较高等优点,不仅可以与其他分离部件组合成为复合式分离器,而且还可以单独用于油水分离作业.当前,油中含水无污排放是改善环境的重要环节,我们在渤海油田QK17-2平台的原油处理系统中将采用T型多分岔管路装置,实现水中含油低于10.0×10~(-6)的国际先进排放指标.

基于第一原理的固体变形、强度及外延成长研究

本文基于第一原理的能量计算和稳定性理论，研究了双原子组分材料β-SiC在各种载荷方式下的力学性质：弹性行为、应力－应变关系、稳定性和强度。由于沿[111]方向加载时四个Si-C键是不等价的，所以有相对内位移出现。本文的分析揭示了如下事实：当载荷较小时，内位移的影响不明显；当载荷较大时，影响则越来越显著；裂纹在{111}shuffle面上成核，并最终导致材料以解理的形式破坏。在沿[001]单轴拉伸的情况下，spinodal失稳（即体破坏）和Born失稳被同时触发，并体现了一种级联破坏的模式。基于同样的理论和方法，进一步研究了铝在各种加载方式下的响应及分叉行为。得到了铝的沿[001]和[111]方向单轴加载和单轴应变、及沿[010]和[001]方向的双轴比例加载情况下的、完整的能量－应变曲线和应力－应变曲线。详细地分析了沿[001]方向的单轴加载情况下的稳定性及分叉行为。研究结果表明，除了自然的面心立方结构外，所有其它的、应力自由的立方结构都是不稳定的。对于铝而言，稳定的面心立方结构不能从沿任何等价的[001]和[111]方向的单轴压缩的方法而得到。本文的结果丰富了现存的第一原理数据库。基于第一原理的能量计算，分析了碱金属K、Rb和Cs在如下四个结晶面上外延成长的行为，即{001}、{110}、{111}和{201}。发现除了在{110}面以外，在其它的三个结晶面上都发现有亚稳态存在。当外延应变为拉伸状态时，在{001}和{111}面上存在着亚稳态，其结构为b.c.c.结构。当外延应变为压缩状态时，在{201}面存在一个亚稳态，是一个超结构，。亚稳态的存在显著地影响着材料外延成长的软化行为。基于正交变形路径，并考虑了温度的影响以后，解释了实验上观察到的碱金属从h.c.p.结构转变到b.c.c.结构的现象。本文第五章归纳整理在赝势平面波框架下的总能、力和应力在实空间和动量空间的解析表达式，以方便参阅和使用。

摆动水翼绕流的数值研究

鱼类经常采用垂直流向的摆动进行游动,这种摆动可以用行进波来表示.应用浸入边界方法模拟了低雷诺数条件下水翼NACA65-010在水中摆动时的流场,并研究了雷诺数对水生动物推进效率的影响.结果表明:随着雷诺数的增大,推力系数和推进效率增大,而功率系数减小;在Re<20时,推力系数,推进效率和功率系数的变化尤为剧烈.随雷诺数增加,由于水翼摆动诱导的流场变化也更加复杂,水翼后缘处的涡量场强度逐渐增强.摆动诱导反卡门涡街产生推力.

μ^-子催化核聚变中强脉冲激光对介原子μ^3He的电离

数值求解了一维含时的Schroedinger方程，研究了μ子催化核聚变反应中激光强度和波长对介原子μ^3He电离的影响．发现当激光强度为10^19-10^23W/cm^2量级时，介原子μ^3He有2．7％左右的电离率；当激光强度达到6．0×10^24W/cm^2时，对介原子μ^3He有显著的电离，并且电离率随着激光的强度、波长而递增，进而会有效提高μ子的催化效率．

970nm抽运下Tm^3／Yb^3＋共掺氧氟玻璃的频率上转换发光

稀土离子掺杂的氧氟玻璃是一种新型上转换发光材料。制备了Tm^3／Yb^3＋单掺、共掺的摩尔分数为n（SiO2）-0．30，n（PbF2）-0．50，n=（Al2O3）=0．15，n（AlF3）=（0．049-x），n（TmF3）=y，n（YbF3）=x（x=0，0．001，0．010，0．015，0．020，y=0，0．001）系统氧氟玻璃，研究了其上转换发光特性、分析了其上转换发光机理。研究发现，在970nm抽运光源激发下，Tm^3＋单掺时没有可见光上转换发射；而加入Yb^3＋后产生了强的蓝光（452n

提拉法生长镓酸锂晶体及缺陷研究

研究了提拉法生长的镓酸锂单晶的生长习性和结晶质量。晶体表面呈乳白色且表面粗糙。通过光学显微镜、四晶X射线衍射、透射光谱和电感耦合等离子体发射光谱对样品进行了表征，结果表明，在（001）面的抛光样品上存在三种缺陷：[110]和[-110]方向的十字线、[010]方向排列的气泡包裹物以及平行于（010）面的界面，界面的产生起因于（010）晶面的滑移；晶体的结晶质量从顶部到底部逐渐下降，这是由于在生长过程中氧化锂的挥发导致熔体成分偏离化学计量比造成的。

高质量LiGaO2晶体的提拉法生长及表征

采用提拉法成功地生长了高质量的LiGaO2单晶体,生长过程中没有观察到挥发现象。通过四晶X射线衍射、化学腐蚀、光学显微、透过光谱以及原子力显微镜对晶体的质量进行了表征。结果表明：晶体中无包裹物及气泡,具有很高的质量,（001）面晶片的摇摆曲线半高宽仅为16.2arcsec,正交的（001）、（100）及（010）三个晶面具有不同的腐蚀形貌,其位错密度均低于10^4/cm^2;LiGaO2晶体的吸收边约为220nm;化学机械抛光后的晶片表面非常光滑,其均方根粗糙度仅为0.1nm（5×5μm^2）。

LiGaO_2衬底上ZnO外延膜的结构与光学特性

采用磁控溅射法在(001)、(100)及(010)LiGaO2衬底上制备了ZnO薄膜,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、透过光谱以及光致发光谱(PL)对薄膜的结构、形貌及光学性质进行了表征。结果表明LiGaO2衬底不同晶面上制备的ZnO薄膜具有不同的择优取向,在(001)(、100)及(010)LiGaO2上分别获得了[0001][、1100]及[1120]取向的ZnO薄膜;不同取向的ZnO薄膜表面形貌差异较大;薄膜在可见光波段具有较高的透过率;在ZnO薄膜的光致发光谱中只观察到了位于378 nm的紫外发射峰,而深能级发射几乎观察不到,(1100)取向的薄膜紫外发射峰强度最大,半高宽也最小,薄膜光致发光性质的差异主要和晶粒尺寸有关。

Growth and characterization of ZnO films on (0 0 1), (1 0 0) and (0 1 0) LiGaO2 substrates

ZnO films were fabricated on LiGaO2 (0 0 1), (10 0) and (0 10) planes by RF magnetron sputtering. The structural, morphological and optical properties of as-grown ZnO films were investigated by X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), Raman spectra and photoluminescence (PL) spectra. It is found that the orientation of ZnO films is strongly dependent on the substrate plane. [0 0 0 11, [1 (1) over bar 00] and [11 (2) over bar0] oriented ZnO films are deposited on LiGaO2 (001), (100) and (010), respectively. AFM shows the (0001) ZnO film consists of well-aligned regular hexagonal grains. Raman spectra reveal a tensile stress in the (0 0 0 1) ZnO film and a compressive stress in (110 0) and (112 0) ZnO films. PL spectra of all ZnO films exhibit only a near-band-edge UV emission peak. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.