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基于力-热-电化学耦合下固态锂电池枝晶生长的模拟
2025年
固态电解质锂电池具有能量密度大、循环稳定性强、机械强度高、不易燃、安全性高、使用寿命长等优点,广泛应用于航空航天、新能源汽车和移动设备等领域.但是在锂电池的电极/电解质界面处存在的锂枝晶生长问题一直是制约其性能提升和安全应用的关键因素,锂枝晶在电解质中生长不仅会降低电池的库仑效率,而且可能刺穿电解质导致电池内部正负极短路.本文针对固态锂电池中的锂枝晶生长问题,基于理论进行数值模拟研究,建立了耦合应力、热和电化学的锂枝晶生长模型,研究了环境温度、外压力以及该两种条件耦合作用下的锂枝晶生长形态以及演化规律.研究结果表明,在较高温度和较大外应力作用下,锂枝晶生长缓慢,侧枝数量减少,表面更光滑,电沉积较为均匀.施加外压越大时,锂枝晶纵向生长受到抑制,呈压缩状态,致密度更高,但机械不稳定性也会增强;环境温度越高,锂离子的扩散速率和反应速率越大,锂枝晶生长速率和大小也受到抑制,且二者耦合作用对枝晶生长有明显的抑制效果,应力集中在根部,使得枝晶更侧重于横向生长,有利于形成平坦和密集的锂沉积.
侯鹏洋谢佳苗李京阳张鹏李兆凯郝文乾田佳王哲李福正
关键词:固态锂电池相场模型
不同载荷条件下Fe-Ni合金中马氏体变的模拟
2025年
基于Fe-Ni合金马氏体变的模型,建立耦合外加载荷和塑性变形的弹塑性模型.模拟了不同载荷条件下Fe-Ni多晶合金中的马氏体变行为,对变过程中变体形核生长、应力分布以及体积分数进行分析讨论.在模拟过程中,通过模拟结果与关实验进行对比以保证模型的合理性.模拟结果表明:在形核长大过程中,外加拉伸载荷下变的成核点位多于压缩载荷和无载荷状态;此过程应力主要集中在不同变体之间的界面处,而变体内部的应力较小;外加拉伸载荷增大变中的体积分数,加速马氏体变动力学过程,而外加压缩载荷则提供反的效果.拉伸载荷比于压缩载荷,垂直于惯习面的载荷分量降低了系统的总自由能,拉伸比压缩条件下更易于发生马氏体变.
刘庚根满蛟王庆田王俊成杨斌
关键词:马氏体相变相场模拟多晶
氮化铀压力辅助烧结过程的模拟
2025年
通过引入弹性应变能和颗粒刚体运动过程,建立了UN压力辅助烧结过程的模型,分析了应力对烧结颈增长过程、颗粒刚体运动对孔隙收缩过程的影响,并模拟了物质扩散、刚体运动与应力共同作用下的多颗粒烧结过程。模拟结果表明,烧结颈长度及其增长速率随施加应变的增大而增大,在烧结颈两端出现明显的应力集中现象,且随着时间的延长,应力分布逐渐均匀化;随着平移迁移率的增加,孔隙收缩速率增大,其致密化完成时间提前,而转动迁移率的取值对孔隙收缩过程几乎无影响。本模型能够捕捉到烧结颈的形成和增长、孔隙的球化和闭合过程,大体积孔隙表面配位的晶粒数更高,存在时间更长。
孙启明申文龙廖宇轩李昱王纪钧柳文波
关键词:相场模拟氮化铀晶界扩散
锂离子电池材料微区结构模拟的应用与展望
2025年
锂离子电池作为一种重要的能源存储器件,其性能的提升依赖于对材料结构多维度、多尺度特性的深入认识.除了晶体平均结构外,微区结构的功能性和不同微区结构之间的协同作用对电池性能有着深远影响,但仍存在着缺乏准确表征和模拟的挑战.模拟作为一种多尺度、灵活性的方法,在揭示微区结构的设计和动态演化方面具有较高的潜力和优势.本文首先综述了微区结构对于锂离子电池材料的重要意义,随后讨论了模拟的基本理论基础及电化学模型,简要介绍了演化方程及体系自由能密度的构建方式.进一步从锂离子电池材料微区结构失效分析的角度,系统梳理了锂电化学沉积与枝晶生长、分离与离子扩散、裂纹拓展等方面的模拟研究进展.最后,结合电化学模拟与锂离子电池的研究进展,阐述了将模拟与第一性原理计算等方法结合形成的多尺度模拟手段的重要性,并重点展望了方法在锂离子电池材料微区结构设计与演化方面的应用前景.
刘方正赵姝赵姝
关键词:锂离子电池相场模拟正极材料
一种核燃料晶粒生长的模拟方法及装置
本申请公开了一种核燃料晶粒生长的模拟方法及装置,涉及辐照微结构演化模拟技术领域。其中方法包括:基于理论,构建核燃料的体系总自由能方程,其中,所述体系总自由能方程中包含所述核燃料各晶粒对应的变量;基于所述体系总...
吴璐马聪伍晓勇信天缘扶靓虔赵民王青青潘荣剑覃检涛张伟方忠强滕常青孔祥刚张明星斯嘉轩
一种UO2核燃料中孔洞迁移的模拟方法
本发明公开了一种UO2核燃料中孔洞迁移的模拟方法,通过耦合温度T、浓度c<SUB>v</SUB>以及非保守序参量η,考虑孔洞迁移中的表面扩散和蒸汽传输扩散等行为,以及由于孔洞和基体热导率的不同,导致的温度梯度在...
吴璐滕常青赵民伍晓勇马聪信天缘潘荣剑覃检涛王青青米争鹏方忠强张伟温榜毛建军孔祥刚
Influence ofγʹvolume fraction on creep of Ni-based superalloy through phase-field simulations
2025年
γʹvolume fraction(fv)plays a critical role in the mechanical properties of Ni-based single-crystal superalloys.A creep phase-field model is utilized to simulate the microstructure evolution and creep performance during creep under different fv conditions.The influence mechanism of fv on creep properties is investigated based on the analysis of evolutions of internal stress and strain fields.As fv increases,the morphology ofγʹrafts changes from discontinuous to continuous,while the morphological change ofγchannels is opposite,the inclination ofγchannels from the[010]direction to〈011〉directions during tertiary creep first decreases and then increases,the creep life first increases and then decreases,and the main distribution of creep damage shifts fromγʹtoγʹ/γinterfaces andγchannels.The longest creep life under fv of 0.65 can be attributed to the stableγʹraft structure,the lowest stress and strain inγchannels,and the slowest damage accumulation.
Min YANGFan YANGJia CHENMin GUOHai-jun SUJun ZHANG
一种超特高压GIS/GIL支柱绝缘子放电脆裂故障的模拟方法、装置及存储介质
一种超特高压GIS/GIL支柱绝缘子放电脆裂故障的模拟方法、装置及存储介质,涉及绝缘子计算电应力‑机械应力领域,设置环氧树脂‑氧化铝复合材料的各项参数,通过应力测试手段测量并输入本构参数;建立支柱绝缘子、高压电极、地...
孙景文师伟徐冉王丹汪鹏孙承海孙艳迪张丕沛李杰李秀卫王江伟
Multi-scale design of high energy storage performance ferroelectrics by phase-field simulations
2025年
Dielectric capacitors have garnered significant attention due to their rapid charge and discharge rates,as well as their high power density.However,a primary limitation of dielectric capacitors remains their relatively low energy storage density.
Ke XuXiaoming ShiZhaobo LiuChangqing GuoShiyu TangShouzhe DongDeshan LiangHoubing Huang
关键词:ENERGYDIELECTRICPERFORMANCE
Phase field modeling of the aspect ratio dependent functional properties of NiTi shape memory alloys with different grain sizes被引量:1
2025年
It is well known that coarse-grained super-elastic NiTi shape memory alloys(SMAs)exhibit localized rather than homogeneous martensite transformation(MT),which,however,can be strongly influenced by either internal size(grain size,GS)or the external size(geometric size).The coupled effect of GS and geometric size on the functional properties has not been clearly understood yet.In this work,the super-elasticity,one-way,and stress-assisted two-way shape memory effects of the polycrystalline NiTi SMAs with different aspect ratios(length/width for the gauge section)and different GSs are investigated based on the phase field method.The coupled effect of the aspect ratio and GS on the functional properties is adequately revealed.The simulated results indicate that when the aspect ratio is lower than about 4:1,the stress biaxiality and stress heterogeneity in the gauge section of the sample become more and more obvious with decreasing the aspect ratio,which can significantly influence the microstructure evolution in the process involving external stress.Therefore,the corresponding functional property is strongly dependent on the aspect ratio.With decreasing the GS and the aspect ratio(to be lower than 4:1),both the aspect ratio and GS can affect the MT or martensite reorientation in each grain and the interaction among grains.Thus,due to the strong internal constraint(i.e.,the constraint of grain boundary)and the external constraint(i.e.,the constraint of geometric boundary),the capabilities of the functional properties of NiTi SMAs are gradually weakened and highly dependent on these two factors.
Bo XuBeihai HuangChong WangQingyuan Wang
关键词:NITI

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陈铮
作品数:299被引量:636H指数:12
供职机构:西北工业大学材料学院
研究主题:微观相场 铝锂合金 微观相场模拟 NI AL
王永欣
作品数:163被引量:391H指数:10
供职机构:西北工业大学
研究主题:微观相场 微观相场模拟 NI AL 铝锂合金
卢艳丽
作品数:72被引量:221H指数:7
供职机构:西北工业大学材料学院
研究主题:微观相场 微观相场模拟 计算机模拟 NI L1
张静
作品数:67被引量:100H指数:5
供职机构:西北工业大学材料学院
研究主题:微观相场 NI AL 微观相场模拟 L1
侯华
作品数:533被引量:670H指数:11
供职机构:中北大学
研究主题:数值模拟 镁合金 相场法 半固态 铝合金