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第十四届现代数学和力学学术会议

作者：吕淳张俊乾上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海大学力学系上海200444 上海大学上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海200444

薄膜-基体结构是新型高容量锂离子电池常见的结构形式。实验发现在充放电过程中存在薄膜与基体之间的脱粘分层的现象，这直接导致了电池容量的损失和阻抗的升高。本文基于内聚力模型，建立了一套半解析方法来预测薄膜电极的分层起始时...

薄膜-基体结构是新型高容量锂离子电池常见的结构形式。实验发现在充放电过程中存在薄膜与基体之间的脱粘分层的现象，这直接导致了电池容量的损失和阻抗的升高。本文基于内聚力模型，建立了一套半解析方法来预测薄膜电极的分层起始时间和特征尺寸，并讨论了关键参数对他们的影响。此外，在基于基体刚性的假设之下，本文还得到了特征尺寸的解析解。根据数值计算结果和基于基体刚性假设的解析解，本文给出了特征尺寸的简单近似表达式。本文还考虑了更为精细的轴对称扩散模型，更精确地描述了浓度分布。本文发现分层起始存在两个模式：滑移和张开。较大的充电载荷可能使分层模式从滑移向张开转变。本文的分析还显示，避免分层发生的特征尺寸几乎只与界面性能和最大体积膨胀量有关。

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平板型锂离子电池电极扩散应力的大变形分析

平板型锂离子电池电极扩散应力的大变形分析

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2014年全国固体力学学术大会

作者：邵贤钧张俊乾上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海大学力学系上海 200444 上海大学上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海 200444

随着硅、锡等新型锂离子电池阳极材料的出现，对活性材料的力学分析显得更为重要。常规阳极材料石墨的理论比容量远远低于硅。然而硅在完全锂化后会发生巨大的变形导致硅材料的开裂与粉碎，进而严重影响循环性能。鉴于新型硅电极存在巨...

随着硅、锡等新型锂离子电池阳极材料的出现，对活性材料的力学分析显得更为重要。常规阳极材料石墨的理论比容量远远低于硅。然而硅在完全锂化后会发生巨大的变形导致硅材料的开裂与粉碎，进而严重影响循环性能。鉴于新型硅电极存在巨大变形的特点，本文采用大变形理论，对电极内应力与变形进行了分析。并将结果与小变形理论对比，认为对于硅这类材料，应采用大变形理论进行计算。

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锂离子电池在充放电过程中石墨电极模量的原位测量

锂离子电池在充放电过程中石墨电极模量的原位测量

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2014年全国固体力学学术大会

作者：李大伟张俊乾上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海大学力学系上海 200444 上海大学上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海 200444

随着社会的发展，人们对于大容量、安全可靠、快速充电的电池的需求越来越大。锂离子电池因为工作电压高、循环性能好、储能密度大以及无铅无毒环保等优点正在成为当前动力电池开发和研究的热点。其电化学性能衰减与材料和结构的力学...

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生物分子粘弹性性质对AFM检测中微梁纳米力学行为的影响

生物分子粘弹性性质对AFM检测中微梁纳米力学行为的影响

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2018年全国固体力学学术会议

作者：吕强张能辉上海大学上海市应用数学与力学研究所上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海大学理学院力学系

细胞的力学性能与人体的健康密切相关,是细胞病变或癌细胞转移的重要指标。AFM以其精准的操作、适用于生理条件和皮牛级的分辨率等特点已成为测量细胞力学性能的常用工具之一,其中力夹支模式被认为是一种极具潜力的检测细胞粘弹性的手... 详细信息

细胞的力学性能与人体的健康密切相关,是细胞病变或癌细胞转移的重要指标。AFM以其精准的操作、适用于生理条件和皮牛级的分辨率等特点已成为测量细胞力学性能的常用工具之一,其中力夹支模式被认为是一种极具潜力的检测细胞粘弹性的手段。但是,利用这种检测模式能否精准获取细胞的粘弹性仍存在争议。本文致力于研究单个生物分子的粘弹性性质对AFM检测中微梁纳米力学行为的影响。首先,基于欧拉梁假设,建立了微梁静动态响应的数学模型;其次,采用Laplace变换法和复模态法,分别求出了微梁准静态响应挠度和自由振动的固有频率及振型函数,并与基于扩展微分求积法获得的数值解作了比较;对于力夹支模式下微梁的强迫振动,采用扩展微分求积法获得了微梁的幅频响应和挠度;最后,研究了操作台位置和微梁几何参数对微梁准静态挠度和边界作用力的影响,同时研究了附加边界位移对微梁自由振动振型函数的影响,以及在AFM固定端位移周期激励条件下生物分子粘弹性性质对微梁强迫振动幅频响应的影响。数值结果表明,随着操作台位置的增大,微梁准静态挠度响应显著增加;随着附加边界位移的增加,微梁自由振动的主导振型由高阶振型向低阶振型转变。

关键词：生物分子粘弹性 AFM 微梁静动态响应复模态法微分求积法

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磁力搅拌湍流场的PIV测量及流场演变的POD分析

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流体机械 2021年第3期49卷 14-19,51页

作者：金洁范赢上海大学上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海市应用数学与力学研究所力学与工程科学学院上海200072 兰州理工大学能源与动力工程科学学院兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室兰州730050 河北工业大学过程装备与控制工程系天津300130 河北工业大学工程流动与过程强化研究中心天津300130

为了解磁力搅拌过程湍流特性,对其开展了激光粒子图像测速(PIV)试验,并进行了本征正交分解(POD)分析。分析表明,在测量平面转子外部区域,除平均流动,含能量较高的流动结构为循环剪切流和转子旋转的尾涡结构。在搅拌槽底部具有较高的旋... 详细信息

为了解磁力搅拌过程湍流特性,对其开展了激光粒子图像测速(PIV)试验,并进行了本征正交分解(POD)分析。分析表明,在测量平面转子外部区域,除平均流动,含能量较高的流动结构为循环剪切流和转子旋转的尾涡结构。在搅拌槽底部具有较高的旋涡强度,有利于固体颗粒悬浮。流体与转子之间的流-固耦合作用使转子产生振荡,随转速升高,系统稳定性下降,平均流动含能降低,小尺度结构含能增加,涡流扩散增强,有利于混合和反应进行。

关键词：磁力搅拌湍流特性 PIV测量 POD分析

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锂离子电池在充放电过程中石墨电极模量的原位测量

锂离子电池在充放电过程中石墨电极模量的原位测量

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第十四届现代数学和力学学术会议

作者：李大伟张俊乾上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海大学力学系上海200444 上海大学上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海200444

随着社会的发展，人们对于大容量、安全可靠、快速充电的电池的需求越来越大。锂离子电池因为工作电压高、循环性能好、储能密度大以及无铅无毒环保等优点正在成为当前动力电池开发和研究的热点。其电化学性能衰减与材料和结构的力学失...

随着社会的发展，人们对于大容量、安全可靠、快速充电的电池的需求越来越大。锂离子电池因为工作电压高、循环性能好、储能密度大以及无铅无毒环保等优点正在成为当前动力电池开发和研究的热点。其电化学性能衰减与材料和结构的力学失效密切相关。层状电极是锂离子电池电极最常见的形式，其电化学力学耦合性能在本实验中得到探究。本实验利用CCD相机，原位测量了悬臂梁型的双层石墨负极在充放电过程中的变形过程，得到了电极曲率与充电状态的关系，发现曲率随充电状态呈线性增加趋势。通过进一步对数据进行分析，还发现在锂化过程中石墨材料的杨氏模量会随着充电状态变化，在一定范围内呈线性增加趋势。通过充放电循环实验，发现石墨负极存在不可恢复的变形。不可恢复程度随循环次数的增加而增加。较大的充放电深度会对电极造成更大的损伤。此外，本实验还追踪了石墨负极颜色随充放电状态的变化，观察到了黑-蓝-棕-红-金的演变过程，并将颜色与充放电状态进行了对应。本实验的主要目的是给出一种原位测量电极材料性能的实验方法。

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温度依赖的病毒DNA结构及其表观刚度的尺寸效应

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医用生物力学 2021年第S1期36卷 289-289页

作者：张乘胤张能辉上海大学力学与工程科学学院上海200444 上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海市应用数学和力学研究所上海200444

目的生命周期中病毒的力学性能与其生理行为密切相关。构建病毒DNA微观结构与其表观刚度之间的跨尺度关联,力图澄清近期关于病毒结构和力学性能实验结果的争论。方法基于低温电子显微镜所显示的病毒DNA结构特征,提出了刻画病毒DNA微观... 详细信息

目的生命周期中病毒的力学性能与其生理行为密切相关。构建病毒DNA微观结构与其表观刚度之间的跨尺度关联,力图澄清近期关于病毒结构和力学性能实验结果的争论。方法基于低温电子显微镜所显示的病毒DNA结构特征,提出了刻画病毒DNA微观结构的双区新模型;基于Parsegian的DNA链间介观经验势和Purohit的DNA单区结构弯曲能,建立了描述病毒DNA双区结构自由能的连续介质模型,并采用功能互等定理推导出纳米压痕实验中病毒DNA的等效表观刚度。

关键词：连续介质模型病毒DNA 病毒结构电子显微镜纳米压痕实验温度依赖力学性能实验生命周期

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应力耦合对硅锂化电化学反应的影响

应力耦合对硅锂化电化学反应的影响

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第十四届现代数学和力学学术会议

作者：李宗赞宋亦诚上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海大学力学系上海200444 上海大学上海市力学在能源工程中的应用重点实验室上海200444

硅作为负极材料测得理论容量约为4200mAh/g,是石墨的10倍。这使得硅成为下一代电极材料的最佳选择。硅锂化是锂离子在硅活性层与电解质的界面处发生电化学反应后嵌入硅的过程。然而硅完全锂化时体积应变高达300％,这导致电极的粉碎,电...

硅作为负极材料测得理论容量约为4200mAh/g,是石墨的10倍。这使得硅成为下一代电极材料的最佳选择。硅锂化是锂离子在硅活性层与电解质的界面处发生电化学反应后嵌入硅的过程。然而硅完全锂化时体积应变高达300％,这导致电极的粉碎,电化学性能下降。为了更好地模拟充放电循环过程,对电极表面发生的电化学电荷转移反应的描述是很重要的。到目前为止,大部分锂电池文献都是用巴特勒一沃尔摩(Butler-Volmer)公式来描述这一过程。现有的巴特勒一沃尔摩(Butler-Volmer)公式只给出了过电势与电流密度的定量关系。近来有实验现象发现硅在相同电流条件下的锂化过程外压也会使其电势减少,从而使得锂化程度下降、容量减少。而这一现象无法用现有的巴特勒一沃尔摩(Butler-Volmer)公式来描述。本文通过在自由能中考虑硅锂化弹性能的变化,使得应力与过电势的关系在修正的巴特勒一沃尔摩(Butler-Volmer)公式得以体现,并且发现压应力进一步减少硅锂化的电势。这与实验观测到的结果基本相符。此外,本文还通过修正的巴特勒—沃尔摩(Butler-Volmer)公式对存在相分离的活性颗粒进行分析,表明压力会降低活性颗粒锂化的电势,从而减少锂化的程度,减少容量。

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非线性刚度非线性阻尼隔振系统参数识别

非线性刚度非线性阻尼隔振系统参数识别

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第十届全国动力学与控制学术会议

作者：胡广深陆泽琦丁虎陈立群上海大学上海市应用数学和力学研究所上海 200072 上海大学上海市应用数学和力学研究所上海 200072 上海大学力学系上海 200444 上海大学力学在能源工程中的利用重点实验室上海 200072

本文基于非线性隔振中的振幅跳跃现象,对隔振系统中的非线性刚度、非线性阻尼参数进行识别.振幅跳跃是非线性隔振系统特有的现象,指的是在特定激励条件下出现振幅突然变化现象,振幅跳跃现象按照振幅突然变大和变小分为上跳现象和下跳现象.

关键词：参数识别跳跃现象非线性刚度非线性阻尼实验验证

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双层非线性隔振系统功率流特性研究

双层非线性隔振系统功率流特性研究

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第十届全国动力学与控制学术会议

作者：邵栋陆泽琦丁虎陈立群上海大学力学系上海 200444 上海大学力学在能源工程中的利用重点实验室上海 200072 上海大学上海市应用数学和力学研究所上海 200072 上海大学上海市应用数学和力学研究所上海 200072

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