位错动力学在极端环境力学中的发展及应用

作为联系分子动力学和连续介质力学方法的桥梁,离散位错动力学(DDD)方法近些年来取得了诸多进展。其典型代表就是DDD与连续介质有限元方法 (FEM)的耦合,使其可以考虑复杂的边界条件及多物理场的耦合作用。首先介绍了DDD方法及其与FEM耦合的典型方法,然后面向高应变率、高温、强辐照几种极端环境,系统阐述了DDD及其耦合方法的发展思路和进展,展示了该方法在揭示微观机理、发展连续化理论模型上的若干成果

基于激波管评价的单兵头面部装备冲击波防护性能研究

为了优化单兵头面部防护装备结构,提升防护性能,首先开展了基于实爆场和激波管环境的裸头模抗爆炸冲击波对比测试。在此基础上,利用激波管对佩戴不同结构、不同防护等级的头盔-头模系统分别进行了正向及侧向爆炸冲击波防护性能测试,并对头盔-头模系统前部、前额部、顶部、后部、耳部以及眼部等重点区域的冲击波超压峰值和持续作用时间进行对比分析。实验结果表明,基于激波管的抗爆炸冲击波测试方法可替代外场实爆进行考核。受到冲击波正向作用时:两半盔头模顶部测点所测冲击波超压峰值约为喷管出口的1/6,是裸头模和一体盔头模的1/3;冲击波在两半盔顶部分体结构处分流卸压并形成叠加反射,导致作用时间延长(从5.5～8.5 ms),但超压峰值降低明显;对后部测点而言,冲击波的绕行和叠加使一体盔头模所测冲击波超压峰值(365 kPa)略高于两半盔头模(303 kPa),约为裸头模(148 kPa)的2.5倍。通过提高单兵头面部防护装备结构密闭性(如佩戴眼镜、耳罩或者防护面罩),可有效阻止冲击波进入头盔-头模系统内部,减弱叠加汇聚效应,提高单兵头面部装备防护性能

微尺度晶体塑性流动的位错机制研究

通过离散位错动力学与分子动力学方法系统地研究了微尺度晶体材料在不同服役环境下的力学行为。一方面,通过对不同应变率加载下的亚微米单晶微柱进行离散位错动力学模拟,揭示了微尺度晶体塑性流动的应变率效应,建立了综合考虑应变率、位错密度、微柱尺寸的理论模型来预测其流动应力,理论模型预测结果与实验吻合较好。另一方面,通过分子动力学模拟研究了粗糙表面中单接触对的尺寸、相对滑移速度与接触晶向对其接触力学行为的影响,并揭示了单接触对变形过程中的位错机理。从单接触对的力学响应出发,基于Greenwood-Williamson统计学模型建立了描述宏观粗糙表面摩擦行为的跨尺度力学模型。通过该模型研究了微纳米摩擦实验中摩擦因数与正压力的相关性,同时揭示了摩擦滑移速度、表面粗糙度和接触晶向对粗糙表面摩擦因数的影响

页岩气开采中的若干力学前沿问题

页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000 m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学前沿研究的诸多领域:介质和裂纹从纳米尺度到千米尺度的空间跨越,游离、吸附气体输运过程中微秒以下的时间尺度事件到历经数年开采的时间尺度跨越,不同尺度上流体固体的相互作用,以及压裂过程中通过监测信息反演内部破坏状态等.针对近年来我们国家页岩气勘探开发工作所取得的成就及后续发展中面临的前沿力学问题,在综合介绍页岩气藏的基本特征和开发技术的基础上,以页岩气开采中的若干力学前沿问题为主线,从页岩力学性质及其表征方法、页岩气藏实验模拟技术、页岩气微观流动机制及流固耦合特征、水力压裂过程数值模拟方法、水力压裂过程微地震监测技术、高效环保的无水压裂技术等6个方面的最新研究进展进行了总结和展望,结合页岩气藏开发的工程实践,深入探究了其中力学关键问题,以期对从事页岩气领域的开发和研究的从业人员提供理论基础,同时,该方面的内容对力学学科、尤其是岩土力学领域的科研工作也具有重要指导价值.</p

页岩气开采中的若干力学前沿问题

页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000 m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学前沿研究的诸多领域:介质和裂纹从纳米尺度到千米尺度的空间跨越,游离、吸附气体输运过程中微秒以下的时间尺度事件到历经数年开采的时间尺度跨越,不同尺度上流体固体的相互作用,以及压裂过程中通过监测信息反演内部破坏状态等.针对近年来我们国家页岩气勘探开发工作所取得的成就及后续发展中面临的前沿力学问题,在综合介绍页岩气藏的基本特征和开发技术的基础上,以页岩气开采中的若干力学前沿问题为主线,从页岩力学性质及其表征方法、页岩气藏实验模拟技术、页岩气微观流动机制及流固耦合特征、水力压裂过程数值模拟方法、水力压裂过程微地震监测技术、高效环保的无水压裂技术等6个方面的最新研究进展进行了总结和展望,结合页岩气藏开发的工程实践,深入探究了其中力学关键问题,以期对从事页岩气领域的开发和研究的从业人员提供理论基础,同时,该方面的内容对力学学科、尤其是岩土力学领域的科研工作也具有重要指导价值

Prediction of Energy Resolution in the JUNO Experiment

International audienceThis paper presents the energy resolution study in the JUNO experiment, incorporating the latest knowledge acquired during the detector construction phase. The determination of neutrino mass ordering in JUNO requires an exceptional energy resolution better than 3% at 1 MeV. To achieve this ambitious goal, significant efforts have been undertaken in the design and production of the key components of the JUNO detector. Various factors affecting the detection of inverse beta decay signals have an impact on the energy resolution, extending beyond the statistical fluctuations of the detected number of photons, such as the properties of liquid scintillator, performance of photomultiplier tubes, and the energy reconstruction algorithm. To account for these effects, a full JUNO simulation and reconstruction approach is employed. This enables the modeling of all relevant effects and the evaluation of associated inputs to accurately estimate the energy resolution. The study reveals an energy resolution of 2.95% at 1 MeV. Furthermore, the study assesses the contribution of major effects to the overall energy resolution budget. This analysis serves as a reference for interpreting future measurements of energy resolution during JUNO data taking. Moreover, it provides a guideline in comprehending the energy resolution characteristics of liquid scintillator-based detectors