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关键词： 二道沟金矿   流体包裹体   稀土元素   同位素   矿床成因  

摘要： 二道沟金矿床位于华北克拉通北缘内蒙地轴东段北侧,华北克拉通是我国的主要矿集区,二道沟金矿是赤峰-朝阳矿集区的典型矿床。虽然该矿床开采已久,且有很多学者对其进行了研究,但成矿流体特征及矿床成因问题一直备受争议,故本文利用流体包裹体、岩石地球化学、独立地质温度计和同位素地球化学等测试手段,对矿床流体特征及矿床成因展开研究讨论。本文获得的主要结论如下:(1)正长斑岩在二道沟金矿区广泛分布。具富硅、富碱、高钾、过铝质、分异程度较高的特征,属碱性花岗岩。岩体中发育波浪状含矿石英脉、UST单相固结结构等,表明斑岩岩浆侵位后发生了热液出溶。斑岩中流体包裹体主要类型为气液两相、含子晶三相包裹体,偶见含CO三相包裹体,均一温度和盐度呈“双峰式”,表明出溶的岩浆热液可能发生了沸腾作用。矿石稀土元素分布模式与正长斑岩相似,均为右倾型,都有弱的负铕异常和轻微的Gd正异常。推断二道沟金矿与正长斑岩具有密切的成因关系。(2)二道沟金矿含矿石英脉中流体包裹体以气液两相为主,不含CO,主成矿阶段(中)均一温度在25050℃间,属中高温、低盐度NaCl-HO成矿体系。这与华北克拉通北缘的IRGD(与侵入体有关的金矿)不同。H-O同位素的研究表明成矿流体主要为岩浆水,有少量大气水混入。S、Pb同位素表明成矿物质主要来自下地壳和地幔,矿体和岩体铅同位素、稀土元素对比研究表明二道沟金矿成矿物质可能来自正长斑岩。(3)二道沟金矿可能是与碱性岩有关的金矿床,成矿作用与正长斑岩有关,成矿年龄与正长斑岩接近,成矿温度在25438℃间,成矿深度较浅在1.0.3km间。在成矿阶段还发现大量铜的存在,该矿床可能是与碱性岩有关的Au(Cu)矿床。

关键词： 玻璃熔体   表面张力   座滴法   悬滴法  

摘要： 表面张力是液态物质重要的界面特征参数，在玻璃澄清、均化、成型(形)、加工等过程中发挥着重要作用。尽管常温液态物质的表面张力测试方法很多，但由于玻璃熔体黏度大、温度高、无磁性等因素影响，玻璃熔体表面张力测试方法及测量精度至今没有得到较好解决，因此亟需探究适用于玻璃熔体表面张力的测量装置及测试条件。　　对表面张力测试原理进行数学解析，接触角θ和密度ρ是关键测量参数，接触角θ和密度ρ测量的准确性直接影响表面张力的测试结果。接触角θ依赖于玻璃熔体实物图像的精确捕捉与测量，获得玻璃熔体测试温度下的密度ρ是表面张力测试的重要前提条件。　　本课题基于座滴法表面张力测试原理，对现有座滴法表面张力测量装置进行结构调整与测试条件优化;基于悬滴法表面张力测试原理和阿基米德密度原理，设计开发了适用于玻璃熔体的悬滴法表面张力测量装置和高温玻璃熔体密度测量装置，分别进行测试方法系统验证获得了三台测量装置的测试条件及要求。运用设计开发的座滴法和悬滴法表面张力测量装置探究了温度变化、化学组成对玻璃熔体表面张力的影响作用规律。　　优化后的座滴法承托板选择表面平整度小于0.04mm、粗糙度小于0.02mm的高纯石墨材料;承托板上平面与测量窗口基线保持水平关系;光源中心、玻璃熔体重心、相机镜头中心形成一条轴线，使玻璃熔体不发生影像畸变;在校正图像像素解析值时相机光圈应调整至图像边缘清晰，然后计算获取像素解析值;座滴法测试时要求玻璃试样表面新鲜且无质量瑕疵，试样质量0.2g～0.4g为佳;测试点保温时间不小于30min;氮气保护气体流量为1L/min～3L/min。座滴法装置调整优化后钠钙玻璃在T4温度表面张力测试结果的标准偏差为1.02mN/m，相对标准偏差为0.31％。　　基于悬滴法表面张力测试原理设计开发了悬滴法表面张力测量装置，装置由加热系统、测温系统、光源系统、摄像系统、气体系统、计算系统等构成。除了满足悬滴法相关测试条件要求外，悬滴法选择内径为3mm的刚玉或铂铑合金材质的坩埚滴管;光源中心、悬滴重心、相机镜头中心形成一条轴线;成像放大倍数精准且在水平和垂直方向一致;氮气保护气体流量为3L/min～6L/min。悬滴法装置经调试后钠钙玻璃在T3温度表面张力测试结果的标准偏差为1.14mN/m，相对标准偏差为0.35％。　　基于阿基米德密度原理设计开发了高温玻璃熔体密度测量装置，装置由机架、炉底升降机构、加热炉底座、加热炉体、坩埚、铂铑双锥体、铂金丝、加热炉顶盖、合金板、电子天平、天平升降机构、加热棒、控温热电偶、测温热电偶等构成。核心部件是铂铑双锥体，加热棒均匀置于坩埚的周围，测温热电偶和控温热电偶共同保证测试温度的准确性。装置调试后钠钙玻璃在T4温度密度测试结果的标准偏差为0.0024g/cm3，相对标准偏差为0.11％。　　利用优化的座滴法装置和研制的悬滴法装置，探究了化学成分对玻璃熔体表面张力的影响作用规律。结果显示，Al2O3增加Na2O-Al2O3-SiO2玻璃体系的表面张力，B2O3降低Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2玻璃体系的表面张力，碱金属氧化物对R2O-Al2O3-SiO2玻璃体系的表面张力系数影响作用规律为Na2O＞K2O，碱土金属氧化物对RO-Al2O3-B2O3-SiO2玻璃体系表面张力系数影响作用规律为MgO＞CaO＞BaO。

关键词： 疏水缔合聚合物   表面活性剂   表面张力   界面张力   缔合结构   复配体系  

摘要： 近年来,聚合物/表面活性剂二元复合驱因能有效避免三元复合驱中碱的使用对驱替过程及地面设备造成的不利影响,受到国内外学者广泛关注。而在高温高盐油藏条件下,疏水缔合聚合物和甜菜碱型表面活性剂表现出优异的耐温抗盐等性质而被广泛研究。因此,弄清缔合聚合物与羧基甜菜碱之间的相互作用规律,对指导高温高盐油藏聚/表二元复合驱油体系具有重要实际意义。本文通过聚/表二元体系的界面性能研究、缔合结构研究等明确了疏水缔合聚合物AP与碳链长不同的羧基甜菜碱(月桂酰胺羧基甜菜碱/CBETXN-12、油酸酰胺羧基甜菜碱/CBETXN-18、芥酸酰胺羧基甜菜碱/CBETXN-22)之间的相互作用规律。界面性能研究表明,聚合物与甜菜碱的相互作用会使表面张力曲线出现两个拐点浓度C和C,随聚合物含量的增加C值会变大,但C值几乎不变;聚合物的加入只影响甜菜碱降低界面张力的快慢,且聚合物含量越高,其值降到较低时所需的时间越长,但基本不影响最终界面张力值。缔合结构研究表明,除0.01%外,质量分数为0.01%至0.4%的CBETXN-12对1500 mg·L、2500 mg·L和3500 mg·L AP溶液缔合结构中交联点的数量几乎没有影响,但会破坏缔合结构强度,使聚合物大幅降黏,且降黏影响不随甜菜碱含量变化;质量分数为0.01%至0.4%的CBETXN-18、CBETXN-22对1500mg·L、2500 mg·L和3500 mg·L AP溶液缔合结构中交联点的数量影响不大,同样会破坏缔合结构强度,但这两种表面活性剂的降黏影响随甜菜碱含量的增加而逐渐减小。甜菜碱型表面活性剂和疏水缔合聚合物的相互作用与聚合物的带电性以及表面活性剂在水溶液中聚集状态有关。研究结果对二元复合驱油体系的构建有指导意义。

关键词： 格子模型   离散虚内键   塑性变形   断裂   改进Stillinger-Weber势函数  

摘要： 材料破坏通常涉及弹塑性变形和断裂过程。对于塑性变形,连续介质力学可以通过屈服函数和流动法则有效地来处理。由于连续介质力学是基于场连续假设基础上的一个理论体系,因而它在处理裂纹方面存在一些局限性。格子模型（Lattice model）能够有效地模拟断裂问题,但是它在模拟塑性变形方面还不充分。为了将塑性变形和断裂耦合在格子模型中,本文在离散虚内键模型（Discretized virtual internal bond model-DVIB）基础上发展了一种新的可以考虑塑性的格子模型。DVIB是格子模型的一种,它认为材料由键元胞（Bond cell）组成。每个键元胞可以具有任意几何形状及任意条键（Bond）。键元胞的应变能可由两体势（Two-body potential）描述也可以由多体势（Multi-body potential）描述。由两体势描述会导致宏观固定泊松比（Poisson ratio）问题,而由多体势描述则能克服这一问题。本文采用一种新型多体势,即:改进型Stillinger-Weber（SW）势函数,来描述键元胞能量。SW势函数由两部分组成。一部分为两体势,用于描述颗粒之间的径向相互作用;另一部分为三体势,用于描述键角的能量贡献。由于SW势函数能同时考虑键的伸长和键角的能量贡献,因而基于SW势函数的离散虚内键（SW-DVIB）能再现材料不同泊松比。为了将塑性嵌入SW-DVIB中,在两体势中考虑了塑性变形。当一根虚内键未达到屈服点前,键是弹性的;当键达到屈服点后,将虚内键的刚度降低到一个较低的值。此时卸载,键的变形将不能恢复到原点,存在不可逆变形。通过这种方法来反映塑性变形。当键的变形超过失效键长（Failure bond length）后,键彻底失去承载力,发生断裂。失效键长与键元胞尺寸及宏观断裂能相关。这样一方面可以保证断裂能守恒,降低元胞尺寸敏感性问题;另一方面,使得塑性和断裂得到统一。而对于SW势函数中的三体势,则采用弹脆性三体势,即:当键角的变化在一临界值范围内时,围成键角的两条键所承担的力矩与键角的增量呈线性关系,而当键角的增量超过这一临界值时,键角失效,即:不能承担任何力矩。通过这种方法,使得SW-DVIB既能考虑塑性变形又能再现不同材料泊松比。本文将这种弹塑性SW-DVIB用于材料弹塑性变形、弹塑性断裂及隧道内壁变形分析,取得了较好的效果。这些模拟算例表明SW-DVIB是一种有效的弹塑性断裂模拟方法,为材料弹塑性破坏分析提供了一种新方法。

关键词： 高Zeta势   广义Maxwell流体   周期电渗流动   脉动电渗流动   平行微管道和环形微管道   有限差分法  

摘要： 随着微电子技术的快速发展,微流体设备的研究与应用受到越来越多学者的关注.它在微电子和生物传感器领域,如芯片实验室(lab-on-a-chip)等,有着很重要的应用.同时,微流体传输问题也逐渐走进人们的视野.微流体系统本身具有特殊的微尺度效应,根据不同效应可以用不同的手段实现这些微流体系统中流体的运动,且在这些微流体系统中由外电场驱动形成的电渗流具有便于控制、效率高等特点,所以它们已被广泛应用于生物、能源、工程、医学等领域.本文对高Zeta势下平行微管道和环形微管道内Maxwell流体的流动特征进行研究,考虑平行微管道外加交直流电场、环形微管道外加直流电场和环形微管道外加交直流电场三种情形.首先通过有限差分法数值求解非线性Poisson-Boltzmann方程、柯西动量方程和广义Maxwell本构方程,给出电势分布,计算相应的速度分布.其次,根据选定符合物理性质的参数,绘制速度分布图像进行分析.最后研究在低Zeta势和高Zeta势下Maxwell流体流速分布的相同之处和不同之处.结果表明,壁面Zeta势,无量纲电动宽度K、Zeta势比β、振荡雷诺数Re和弛豫时间λ1ω对流体流速有一定的影响.结果如下:(1)随着壁面Zeta势增加,环形、平行微管道中Maxwell流体流速随之增大.(2)随着振荡雷诺数增加,周期电渗流(Electroosmotic flow,简称EOF)速度剖面快速振动,振幅逐渐减小;随着弛豫时间增加,周期电渗流速度剖面在外加直流电场作用下快速地振动.(3)对于交流电场作用下的平行微管道,当上下两板Zeta势对称时,脉动电渗流(Pulsatile electroosmotic flow,简称PEOF)速度分布完全对称;当上下两板Zeta势反对称时,PEOF速度分布由完全对称变为完全反对称.(4)对于交流电场作用下的环形微管道,当环形内半径趋近于外半径时,环形微管道表现的像平行板微管道,速度分布与平行微管道中流体速度分布相似,但速度剖面图不是完全对称.(5)在对高Zeta势与低Zeta势下Maxwell流体流动速度分布进行对比时,发现速度分布趋势是一样的,但具体到每一个数值,还是存在波动;靠近墙壁处,高Zeta势下速度明显高于低Zeta势下速度,无量纲电动宽度K越大,靠近管壁处的波动越小;随着振荡雷诺数Re增加,速度差异增大,呈振荡趋势.

关键词： 电场   流体   粘土矿物   吸附   分子模拟  

摘要： 深入了解电场作用下流体在微纳孔隙中的赋存特征,对于电场作用下的固-液、气-液体系研究十分重要。然而,电场的非热场效应对流体在微纳孔隙中的赋存特征的影响尚不清楚。本文使用分子动力学方法分别研究了电场作用下水分子在微纳孔隙中的赋存特征,电场作用下水-甲烷分子在微纳孔隙中的赋存特征,以及电场作用下水-二氧化碳分子在微纳孔隙中的赋存特征。主要分析了在电场作用下,高岭石孔隙中流体分子的密度分布、径向分布函数、偶极矩、氢键以及相互作用能等参数。交变电场对水分子在高岭石表面的赋存特征研究表明,平行于高岭石表面施加的交变电场有助于减少高岭石(0 0 1)表面上吸附的水分子的数量。交变电场对水分子在高岭石的(0 0-1)表面吸附的影响不明显,但严重影响对水分子在高岭石(0 0 1)表面的吸附。水分子将沿着外加电场的方向旋转,这会导致水分子与壁面之间的氢键减少。因此,由于外加电场的作用,水-高岭土相互作用减弱,从而使部分水分子从高岭石表面解吸,并远离高岭石表面。这些结果对于理解交变电场影响粘土-水系统的机理具有重要意义。交变电场对甲烷-水体系在高岭石表面的赋存特征研究表明,水将优先吸附在表面上,形成水层并阻止甲烷的吸附,从而导致甲烷的吸附减少。对于高岭石表面的水-甲烷系统,施加的交变电场使水层变厚,从而导致甲烷的吸附量下降。此外,较高的交变频率和较强的电场的强度更有助于甲烷的解吸。施加的交变电场会减少高岭石表面上的氢键数量,并且更高的频率或更强的强度会进一步破坏氢键。同时,水-高岭石的相互作用能和水的自扩散系数随施加电场的频率和强度而增加。这项研究有助于我们理解交变电场影响甲烷-水系统在高岭石表面上的吸附行为的机理,并且对于提高气体产量具有重要意义。交变电场对二氧化碳-水体系在高岭石表面的赋存特征研究表明,水将优先吸附在表面上,形成水层并阻止二氧化碳的吸附,从而导致二氧化碳的吸附降低。垂直静电场在增加二氧化碳地质封存方面更为明显,额外增加了15.58%的地质存储量。施加的外部静电场会减少高岭石界面上的氢键数量,而更强的强度会进一步破坏氢键,从而促进水分子的解吸和二氧化碳的地质存储。同时,水分子在吸附相平行表面上的初始偶极子取向决定了垂直电场的效率更高。这项研究有助于我们了解外电场影响二氧化碳-水体系在高岭石表面上赋存的机理,并且对于促进二氧化碳地质封存具有重要意义。

关键词： 超薄薄膜   表面张力   表面活性剂   弹性模量  

摘要： 薄膜材料被广泛应用于制备柔性显示、太阳能电池、柔性传感器等器件,了解薄膜材料的力学性能,如弹性模量、屈服强度、断裂强度等,对器件设计和性能优化具有极其重要的意义。目前,测试薄膜力学性能主要是通过拉伸薄膜或通过原子力探针、纳米压痕仪等对薄膜进行按压,然而上述方法用于研究超薄薄膜整体的力学性能具有一定的局限性。超薄薄膜往往难以自支撑,而在基底上进行测试引起的误差较大;按压的方式仅仅局限在很小的测量区域,难以反映出超薄薄膜整体的力学性能。基于以上原因,有待提出新的研究方法来测量薄膜的力学性能。水的表面张力高达72 m N/m,在室温下水的粘度仅为0.89m Pa?s。因此,密度较低的物体在水面上不仅能保持漂浮的状态,还可以进行几乎无摩擦的滑动。研究表明,超薄膜材料能在水的表面张力作用下发生拉伸、弯曲或失稳起皱。因此,可以通过在水面上对薄膜材料进行拉伸的方法,来测量薄膜材料的力学性能。本文研究了一种基于液体表面张力的薄膜力学性能表征方法,重点研究了微米级厚度的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)圆环薄膜的弹性模量,证明了该方法的可行性。我们让PDMS圆环薄膜自由漂浮在水面上,在圆环中心处滴加表面活性剂,降低圆环内液面的表面张力,使得PDMS圆环薄膜的内外边界因表面张力差而发生受拉变形。针对这种方法,本文研究了影响PDMS圆环薄膜的受拉变形的主要因素(PDMS的配比、薄膜厚度、表面活性剂的面浓度),总结了变形量随时间变化的规律。结合圆环所受液面表面张力的测量结果,进一步讨论了圆环受拉变形过程。最后基于实验中测量得到的变形量和表面张力的数据,使用超弹性材料的本构方程计算出PDMS的弹性模量。本论文研究的是一种新颖的力学性能表征方法,利用液体表面张力的变化使漂浮在液面的固体薄膜发生拉伸变形。使用水面作为支撑基底,避免了普通拉伸测试中固体基底对测试结果的影响。该方法实验操作简单,且无需大型精密仪器的辅助,具有测量各类薄膜材料力学性能的潜力。同时该方法便于完整转移难以自支撑的薄膜材料,为大尺寸柔性器件制备提供了新的方法和思路。因此,基于液体表面张力的薄膜力学性能表征方法具有广泛的应用价值和重要的研究意义。

关键词： 虚拟仿真   APP应用程序   流体力学   圆柱绕流   卡门涡街  

摘要： 流体力学是专业性很强的一门学科,主要研究流体的运动规律,并注重运用这些规律解决现实生活中的某些问题。流体力学具有很强的抽象性,因此教学难度较大,对学生的数学基础、物理学基础等要求较高。为了降低教学难度,帮助学生理解流体力学的原理和规律,可以借助虚拟仿真平台以及APP进行教学。本文以流体力学中圆柱绕流为例,分析虚拟仿真平台在教学中的具体应用。在实践过程中,主要利用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics开发相应的虚拟仿真平台,并建立对应的APP。通过这个平台,可以将流体力学的相关内容以更加直观形象的方式展示给学生,学生也可以即时修改相应参数并获取对应的结果,帮助学生获取更加生动的学习体验。仿真APP能够在多个操作系统平台上运行,老师可以构建相应的数值仿真APP进行教学,达到更好教学效果。

关键词： Computer science  

摘要： With the arrival of the data explosion era, data modelling/prediction has become one of the most important research areas. Many datasets in our real-life are essentially data streams and functional data. This thesis investigates fuzzy system-based regression approaches for these two representative datasets. In line with the data types, this thesis is divided into two scenarios. The first part focuses on the data stream regression problem with input/output being real vectors. It is widely known that evolving fuzzy systems (EFSs) are effective approaches for solving data stream regression problems, in that EFSs are structurally self-organized, capable of updating structure/parameters in an online manner, and acting as the one-pass approaches without the requirement of storing historical data. However, current state-of-the-art studies indicate that the existing evolving structure/parameters approaches would impose a negative impact on the optimality of EFSs. To our best knowledge, research on proposing optimal EFSs was still rare. Furthermore, selecting predefined thresholds to control the structure/parameters evolution of EFSs is of importance, which has not been systematically investigated thus far. In this part, this thesis focuses on addressing the aforementioned two EFSs-related problems, which might provide implications for the research on the data stream. From an optimality viewpoint, EFS learning approaches for both Takagi-Sugeno and Mamdani fuzzy systems, that is, local error optimization approach (LEOA) and identifying evolving Mamdani fuzzy systems from the parameter optimization aspect (EMFSPO), are proposed. To automatically tuning the thresholds, two approaches, i.e. the self-evolving fuzzy system (SEFS), and an extended work based on SEFS, that is, EFS with self-learning/adaptive thresholds (EFS-SLAT), are proposed. Finally, through a wide range of benchmark examples, LEOA, EMFSPO, SEFS, and EFS-SLAT are shown to be capable of improving the accuracy comp

关键词： 铁材料   分子动力学   势函数参数   敏感性分析   不确定性反求   不确定性传播  

摘要： 随着科学的发展,对铁材料及其合金材料的研究与运用也日益进步。同时,随着计算机模拟技术的进步,分子动力学在铁材料的开发中也变得越来越重要,显露出得天独厚的优势。分子动力学涉及到不同研究方向的众多技术,但势函数因对整个分子动力学计算结果具有决定性的影响而成为众多研究的重点,势函数的准确性很大程度上取决于势函数参数,所以势函数参数的优化是人们尤为关注的热点。本文的主要研究工作集中在势函数参数的反求上,特别的是引入了不确定性反求技术作为求解手段。本文的主要工作包括以下几个方面:（1）基于分子动力学研究方法,通过分析势函数的参数特性,确定本文的研究对象为分子动力学下铁材料模型的势函数参数。分析铁材料分子动力学势函数的表达式,根据分子动力学原理对铁材料进行建模并计算,得到了铁材料分子动力学模型未知的势函数参数与其对应的物理性质计算结果。通过对模型参数取不同的值并计算其对应的模型物理性质,分析模型物理性质的计算结果受势函数参数波动的影响,并筛选出了具有优化价值的势函数参数。（2）对铁材料的势函数参数与模型物理性质进行敏感性分析,确定反求目标与优化目标。通过建立最优多项式模型来规避分子动力学模型的黑箱,基于Sobol法对铁材料的多项式模型直接积分求解,通过分析其方差来求解其敏感性关系。基于敏感性分析的结果,选出敏感性关系强的待反求势函数参数与模型物理性质。（3）结合分子动力学模型不确定性的特点以及敏感性分析的结果,确定铁材料模型中的不确定性势函数参数并对其进行不确定性的度量。基于混沌多项式方法将铁材料的多项式模型混沌展开,通过混沌多项式矩传递的特点将模型不确定性势函数参数的均值与标准差传递到模型物理性质的计算结果上,通过对均值与标准差的分析,用置信区间来表征铁材料势函数参数不确定性对其物理性质计算结果的影响。（4）结合敏感性分析的结果,对模型待反求的势函数参数进行反求。结合不确定性传播的分析结果,基于点估计法将不确定性参数的均值与标准差进行传递,将对铁材料势函数参数不确定性反问题的求解转变为对其确定性反问题的求解,利用最小二乘法对其进行优化求解,解得待反求势函数参数的均值与标准差后用置信区间来表征铁材料势函数参数不确定性对其他势函数参数的影响。