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2024年, 第41卷, 第2期
刊出日期：2024-03-25 上一期    下一期
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一类求解含静态裂缝线弹性问题的预条件扩展有限元方法 范鹤潇, 陈星玎 2024, 41(2): 151-160.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8683 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4379KB) ( )   基于几何型扩展有限元离散方法, 研究含静态裂缝线弹性问题的高效区域分解预条件算法。为了构造Schwarz型预条件算法, 采用一种特殊的裂尖型区域分解策略, 将计算区域分解为包含所有分支增强自由度的裂尖子区域和仅包含标准有限元自由度与Heaviside增强自由度的常规子区域。基于该区域分解策略, 推导一类高效的乘性和限制型乘性Schwarz区域分解预条件子, 对裂尖子问题进行精确求解, 而对常规子问题则非精确求解。数值实验验证了算法的有效性。

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非等温eXtended Pom-Pom泊肃叶流动的光滑粒子流体动力学方法模拟 许晓阳, 赵雨婷 2024, 41(2): 161-171.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8685 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1855KB) ( )   开展非等温黏弹性泊肃叶流动的光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟，其中流体的黏弹特性依据eXtended Pom-Pom(XPP)本构模型进行建模和计算。推导温度方程的SPH离散格式，并依据时温等效原理考量流体的黏弹特性对温度的依赖。将SPH模拟结果与利用有限体积方法得到的结果进行比较，验证SPH方法模拟非等温XPP泊肃叶流动的准确性和有效性。利用4个不同粒子初始间距进行模拟，讨论SPH方法的数值收敛性。研究温度方程的引入对泊肃叶流动带来的影响。深入分析不同物理参数对流动过程的影响。

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大液滴撞击不同润湿性小球的三维格子Boltzmann方法模拟 王习文, 叶学民, 李丹, 李春曦 2024, 41(2): 172-181.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8689 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9745KB) ( )   采用三维多松弛(MRT)Shan-Chen的格子玻尔兹曼方法(LBM)模拟液滴撞击不同润湿性固体小球(液滴直径与小球直径比大于1)的动态过程，在多种方法验证计算模型准确性的基础上，探究液滴韦伯数、小球表面润湿性对液滴撞击小球动态过程的影响，以及液滴撞击小球后形成片层的几何特征与球面润湿性的关系。结果表明：液滴撞击小球后将形成钟罩形的片层，撞击亲水小球后的片层则会出现凹痕。当小球表面润湿程度一定时，片层的最大底径随韦伯数增大而增加。撞击亲水小球时，片层形成后会完全闭合，韦伯数越大，且片层完全闭合的时刻越早，并在闭合过程中片层容易发生破裂。而撞击疏水小球时，韦伯数越大，则片层发生破裂的时刻越早；在片层打开过程中，破裂后的片层成环条状下落，即片层的几何特征受韦伯数和小球润湿程度的共同影响。

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有机太阳能电池内分子间载流子复合动力学研究 李冲, 王美姣, 葛琳, 曹连振 2024, 41(2): 182-192.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8704 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9428KB) ( )   基于载流子复合对有机太阳能电池光伏效率的重要影响，采用扩展的Su-Schrieffer-Heeger紧束缚模型结合非绝热量子动力学方法，对有机太阳能电池内的分子间载流子复合动力学进行理论研究。首先，模拟并揭示了正、负载流子在给/受体界面处的分子间电荷复合动力学过程，发现分子间的载流子复合表现为分数电荷复合并伴随能量的损失。随后，研究体系带阶Δ、电场、热效应和受体分子的聚集对分子间载流子复合动力学的影响。结果表明：体系带阶Δ表现为载流子的复合势垒，带阶越大越利于抑制载流子的复合。电场可以通过诱导正、负电荷的空间离域抑制载流子的复合，特别是，当电场足够强时可以将复合的电荷转移态解离为自由载流子。热效应会引起给/受体材料在位能的随机涨落，降低载流子的复合势垒，进而加剧载流子的复合。受体分子的聚集会诱导电子在受体分子之间的扩展，增大界面处正、负电荷中心的距离，从而抑制载流子的复合。

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球状胶束中表面活性剂脱附的离子调控机制 温伯尧, 高根英, 路熙, 关松涛, 骆政园, 白博峰 2024, 41(2): 193-202.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8701 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(7262KB) ( )   建立耦合伞状采样的粗粒度分子动力学方法，研究球状胶束中表面活性剂分子的脱附过程，揭示表面活性剂聚集数、盐种类及浓度对表面活性剂脱附过程的影响机制。发现球状胶束半径及偏心率均随聚集数增加而增大，盐浓度的影响主要取决于抗衡离子的半径和吸附特性，半径更大、吸附更强的水杨酸根离子对胶束结构的影响更为显著；基于伞状采样方法获得了表面活性剂脱附自由能、脱附时间等关键参数，发现球状胶束中表面活性剂脱附自由能和脱附时间均随聚集数和盐浓度呈非单调变化，揭示其主要机制为离子吸附引起的静电屏蔽作用；发现自由能在表面活性剂脱附过程中起主导作用，结合胶束热力学理论发展了临界胶束浓度预测方法，获得了临界胶束浓度下胶束尺寸的分布范围。

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碳纳米管内水吸附行为及等量吸附热的巨正则Monte Carlo模拟 刘晨, 刘忠军, 赵明慧, 敖庆波 2024, 41(2): 203-213.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8692 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(18262KB) ( )   采用巨正则蒙特卡罗方法对单壁碳纳米管-水吸附体系进行计算模拟，通过对吸附和脱附等温线、局部密度分布、等量吸附热等进行表征，系统研究298 K时孔长、孔径以及表面强度对孔隙内水吸附行为的影响。结果表明：孔径效应对孔内水吸附行为影响显著，随着孔径逐渐增大，水分子先后以单链水、双链空心水环、水团簇的排列状态在孔内完成吸附。孔长在4~8 nm范围内时，随着孔长变大，发生吸附的初始压力越来越小，但当孔长增加到10 nm时，其对初始吸附压力的影响不再明显。最后，随着表面强度增大，发生水吸附的初始压力越来越小；同时，较小表面强度水分子的毛细蒸发相变过程瞬间完成，而当表面强度提高到40 K时，毛细蒸发相变过程则呈现出连续、逐渐完成的特点。

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金红石TiO2辐照损伤模拟研究 高旭东, 孙淑义, 魏雯静, 李公平 2024, 41(2): 214-221.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8700 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8879KB) ( )   利用分子动力学方法对金红石TiO2中O及Ti沿着不同方向的离位阈能进行模拟计算，结果表明：各方向O的离位阈能普遍低于Ti的离位阈能，O的离位阈能基本在27.50~77.50 eV之间，而Ti的离位阈能在90.00~120.00 eV之间。同时对能量为1.0、5.0和10.0 keV的O PKA及Ti PKA造成的级联辐照损伤进行探究，结果表明：能量小于10.0 keV的O PKA及Ti PKA产生的主要是点缺陷，且点缺陷的数量在0.10~0.20 ps内达到峰值，在经过数ps的演化后，超过90.0%以上的缺陷复合，只有不足10.0%的缺陷保留下来，即金红石TiO2中的缺陷在缺陷产生初期有较高的自我恢复能力。

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含正多边形纳米孔次生多裂纹的一维六方压电准晶体的反平面剪切问题 郭怀民, 姜丽娟, 赵国忠, 徐国明 2024, 41(2): 222-231.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8706 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(6774KB) ( )   利用Gurtin-Murdoch表界面理论和复势法，讨论一维六方压电准晶体含纳米级正n边形孔口次生多裂纹的反平面问题，得到电场、声子场和相位子场强度因子和能量释放率的精确解。通过算例讨论纳米级孔口次生裂纹形貌对能量释放率和场强度因子的影响。结果显示：当缺陷达到纳米尺寸时，在声子场、相位子场和电场相互耦合作用下会产生表面效应，缺陷尺寸越小表面效应越明显，裂纹条数越多场强度因子越小，随着缺陷尺寸的变大，表面效应的影响会逐渐减弱，最后趋于经典断裂理论的结果。

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钴纳米环层叠阵列的厚度对磁特性的影响 黄倩南, 何雨洁, 范春龙, 温昌林, 薛宇宸, 陈水源, 黄志高, 叶晴莹 2024, 41(2): 232-238.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8698 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13194KB) ( )   基于蒙特卡罗(MC)方法与快速傅里叶变换微磁学(FFTM)方法，模拟不同厚度层叠阵列钴纳米环的磁化动力学特征。研究发现：厚度不同的钴纳米环的磁滞回线均出现“双稳态”特征，且系统的“涡旋态”的形成及稳定性与厚度明显相关。进一步研究表明：纳米环层叠阵列的厚度对系统达到饱和所需要的外磁场有较大的影响，磁滞回线的台阶宽度ΔHfc也与厚度相关，模拟结果与实验事实接近。

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Ce1.66Mg1.34Co3和α″-Fe16N2多层梯度膜磁反转性质的微磁学模拟 陈立谦, 张素英 2024, 41(2): 239-244.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8709 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8961KB) ( )   为了改善永磁薄膜的磁性能，基于微磁学理论，使用编程软件OOMMF针对Ce1.66Mg1.34Co3和α″-Fe16N2交换耦合多层梯度膜的磁化过程进行模拟，系统研究磁晶各向异性梯度对多层膜性能的影响，分析体系的剩余磁化强度、矫顽力、磁滞回线和磁化反转过程中的能量变化。研究表明：减小磁晶各向异性梯度或增加界面处磁晶各向异性的差值，可以有效提高薄膜的矫顽力和剩余磁化强度，从而改善磁性能。通过计算磁矩分布发现一种磁涡旋态，这种磁涡旋态的产生过程伴随系统能量的增加。

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质量交换网络的个体重构优化方法 金广林, 崔国民, 肖媛, 刘洪彬, 付寅瑞, 张志坤 2024, 41(2): 245-257.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8682 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1719KB) ( )   针对质量交换网络优化过程中出现结构变异能力减弱和种群多样性丢失, 导致优化易陷入局部最优解的问题, 提出一种带有个体重构策略的强制进化随机游走算法。在接受差解的过程中, 对个体进行实时监测, 采用不同重构方式激励落后个体网络结构更新变异, 从而提升算法的结构变异能力和种群多样性。同时根据有分流节点非结构模型的特点, 对交叉重构后的新个体网络结构进行节点修复处理。最后通过R2S2和R4S2算例验证该策略的有效性, 优化结果均低于当前文献结果, 证明该策略能有效增强算法的结构变异能力和全局寻优能力。

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考虑级联失效与恢复接续性的复杂网络恢复动力学 朱璋元, 王秋玲 2024, 41(2): 258-267.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8677 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8869KB) ( )   为帮助网络系统在级联失效后尽快以合理投入实现恢复, 采用耦合映象格子作为恢复动力学模型基础, 将级联失效作用下的失效状态、耦合系数等作为恢复动力学输入, 建模过程中添加外部恢复力及内部耦合作用形成恢复动力学方法, 与未考虑接续性的3组网络恢复方法相比, 恢复效果分别提升了46.7%、47.9%和66.7%。在6组不同网络上的仿真实验结果表明: 本方法能拟合现实恢复场景, 并能克服网络在层级、规模、建网方法等方面的差异; 在三层交通网络中, 初始恢复比例对恢复程度的边际贡献率可达26.8%, 恢复耦合系数为0.5且首次恢复10%的节点时, 网络恢复程度最高达到86.4%;该恢复动力学方法可有效刻画多种网络的恢复行为。

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忆阻Lorenz混沌系统的动力学分析与电路实现 赵双, 陈湘军, 张云贞 2024, 41(2): 268-276.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8649 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(10801KB) ( )   基于所提的一类光滑二次通用忆阻器, 构建一种忆阻Lorenz混沌系统。稳定性分析表明, 系统具有与原系统相同的平衡点和稳定性, 即一个不稳定鞍点和两个不稳定鞍焦。利用分岔图、李雅普诺夫指数谱、相图等分析方法揭示所提忆阻系统的动力学, 结果表明: 忆阻Lorenz混沌系统具有共存双稳态模式和自相似分岔结构。最后, 通过改变通用忆阻器的内部参数实现对系统的幅度调控, 分别设计忆阻器和忆阻系统等效电路并利用模拟元件综合, 仿真结果证实了数值模拟的正确性。