当前位置:文档之家› CeN压致结构相变的第一性原理计算_杨晓翠(1)

CeN压致结构相变的第一性原理计算_杨晓翠(1)

CeN压致结构相变的第一性原理计算_杨晓翠(1)
CeN压致结构相变的第一性原理计算_杨晓翠(1)

第一性原理计算原理和方法

第二章 计算方法及其基本原理介绍 化学反应的本质就是旧键的断裂与新建的形成,参与成键原子的电子壳层重新组合就是导致生成稳定多原子化学键的明显特征。因此阐述化学键的理论应当描写电子壳层的相互作用与重排,借助求解满足适当的Schrodinger 方程的波函数描写分子中电子分布的量子力学,为解决这一问题提供了一般的方法,然而,对于一些实际的体系,不引入一些近似,就不可能求解其Schrodinger 方程。这些近似使一般量子力学方程简化为现代电子计算机可以求解的方程。这些近似与关于分子波函数的方程形成计算量子化学的数学基础。 2、1 SCF-MO 方法的基本原理 分子轨道的自洽场计算方法 (SCF-MO)就是各种计算方法的理论基础与核心部分,因此在介绍本文计算工作所用方法之前,有必要对其关键的部分作一简要阐述。 2、1、1 Schrodinger 方程及一些基本近似 为了后面介绍各种具体在自洽场分子轨道(SCF MO)方法方便,这里将主要阐明用于本文量子化学计算的一些重要的基本近似,给出SCF MO 方法的一些基本方程,并对这些方程作简略说明,因为在大量的文献与教材中对这些方程已有系统的推导与阐述[1-5]。 确定任何一个分子的可能稳定状态的电子结构与性质,在非相对论近似下,须求解 R AB =R 图2-1分子体系的坐标

定态Schrodinger 方程 ''12121212122ψψT p B A q p A p pA A pq AB B A p A A A E R Z r R Z Z M =??????? ?-++?-?-∑∑∑∑∑∑≠≠ (2、1) 其中分子波函数依赖于电子与原子核的坐标,Hamilton 算符包含了电子p 的动能与电子p 与q 的静电排斥算符, ∑∑≠+?-=p q p pq p e r H 12121?2 (2、2) 以及原子核的动能 ∑?-=A A A N M H 2121? (2、3) 与电子与核的相互作用及核排斥能 ∑∑≠+-=p A B A AB B A pA A eN R Z Z r Z H ,21? (2、4) 式中Z A 与M A 就是原子核A 的电荷与质量,r pq =|r p -r q |,r pA =|r p -R A |与R AB =|R A -R B |分别就是电子p 与q 、核A 与电子p 及核A 与B 间的距离(均以原子单位表示之)。上述分子坐标系如图2、1所示。可以用V(R,r)代表(2、2)-(2、4)式中所有位能项之与 ∑∑∑-+=≠≠p A pA A B A q p pq AB B A r Z r R Z Z r R V ,1 2121),( (2、5) 原子单位 上述的Schrodinger 方程与Hamilton 算符就是以原子单位表示的,这样表示的优点在于简化书写型式与避免不必要的常数重复计算。在原子单位的表示中,长度的原子单位就是Bohr 半径

结构设计原理复习题 及答案.

结构设计原理复习题 一、选择题 1、混凝土强度等级按照( )确定 A 、立方体抗压强度标准值 B 、立方体抗压强度平均值 C 、轴心抗压强度标准值 D 、轴心抗压强度设计值 2、同一强度等级的混凝土,各种强度之间的关系是( ) A 、c f >cu f >t f B cu f >t f >c f C 、cu f >c f >t f D 、t f >cu f >c f 3、在测定混凝土立方体抗压强度时,《桥规》(JTG D —2004)采用的标准试件尺寸为( ) 的立方体。 A 、mm 100 B 、mm 150 C 、mm 180 D 、mm 200 4、混凝土棱柱体抗压强度用符号( )表示 A 、c f B 、cu f C 、t f D 、s f 5、分别用mm 150和mm 200的立方体试件进行抗压强度试验,测得的抗压强度值为( ) A 、mm 150的立方体低于mm 200的立方体 ; B 、mm 150的立方体高于mm 200的立方体 ; C 、mm 150的立方体等于mm 200的立方体 ; D 、mm 150的立方体低于mm 200的立方体 ,是因为试件尺寸越小,抗压强度就越小; 6、同一强度等级的混凝土,棱柱体试件的抗压强度与立方体试件的抗压强度关系是( ) A 、立方体抗压强度与棱柱体抗压强度相等 B 、立方体抗压强度高于棱柱体抗压强度 C 、立方体抗压强度低于棱柱体抗压强度 D 、无法确定 7、混凝土双向受压时,其强度变化规律是( ) A 、一向混凝土强度随着另一向压应力的增加而增加 B 、一向混凝土强度随着另一向压应力的增加而减小 C 、双向受压强度与单向受压强度相等 D 、双向受压强度低于单向受压强度 8、混凝土弹性模量的基本测定方法是( ) A、在很小的应力(c c f 3.0≤σ)下做重复加载卸载试验所测得 B、在很大的应力(c σ>c f 5.0)下做重复加载卸载试验所测得 C、应力在0=c σ~c f 5.0 之间重复加载卸载5~10次,取c σ=c f 5.0时所测得的变形值作为混凝土弹性模量的依据 D、以上答案均不对 9、混凝土的线性徐变是指徐变变形与( )成正比。 A、混凝土强度 B、时间 C、温度和湿度 D、应力 10、《公路桥规》中规定了用于公路桥梁承重部分混凝土标号分为( )等级。 A、8 B、10 C、12 D、13 11、在按极限状态理论计算钢筋混凝土构件承载力时,对于有明显流幅的钢筋,原则上都是以( )作为钢筋强度取值的依据 A、屈服极限 B、比例极限 C、弹性极限 D、抗拉极限强度 12、对于无明显流幅的钢筋,结构设计时原则上都是以( )作为钢筋强度取值的依据 A、比例极限 B、条件屈服强度 C、弹性极限 D、抗拉极限强度 13、钢筋和混凝土材料的强度设计值( )强度标准值。 A、等于 B、小于 C、大于 D、不确定 14、钢筋的塑性变形性能通常用( )来衡量。 A、屈服极限和冷弯性能 B、比例极限和延伸率 C、延伸率和冷弯性能 D、抗拉极限强度和延伸率

第一性原理简介

第一性原理是什么 第一性原理怎么用 1什么是第一性原理 根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律,运用,从具体要求出发,经过一些近似处理后直接求解的算法,称为第一性原理。广义 的第一原理包括两大类,以Hartree-Fock自洽场计算为基础的从头算和 (DFT计算。 从定义可以看出第一性原理涉及到量子力学、、Hartree-Fock自洽场、等许多对我来说很陌生的物理化学定义。因此我通过向师兄请教和上网查资料一点点的了解并学习这些知识。 2第一性原理的作用 以密度泛函理论(DFT)为基础以及在此基础上发展起来的简单而具有一定精度的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)的第一性原理电子结构计算方法,与传统的解析方法一样,不但能够给出描述体系微观电子特性的物理量如波函数、态密度、费米面、电子间互作用势等,以及在此基础上所得到的体现体系宏观物理特性的参量如结合能、电离能、比热、电导、光电子谱、穆斯堡尔谱等等,而且它还可以帮助人们预言许多新的

物理现象和物理规律。密度泛函计算的一些结果能够与实验直接进行比较一些应用程序的发展乃至商业软件的发布,导致了基于密度泛函理论的第 一原理计算方法的广泛应用。 密度泛函理论(DFT)为第一性原理中的一类,在物理系、化学、材料科学以及其他工程领域中,密度泛函理论(DFT及其计算已经快速发展成 为材料建模模拟的一种“标准工具”。 密度泛函理论可以计算预测固体的晶体结构、晶格参数、能带结构、态密度(DOS、光学性能、磁性能以及原子集合的总能等等。 3第一性原理怎么用 目前我所学到的利用第一性原理的软件为Material Studio 、VASP软件。其中Materials Studio (简称MS是专门为材料科学领域研究者幵发的一款可运行在PC上的模拟软件。使化学及材料科学的研究者们能更方便地建立三维结构模型,并对各种晶体、无定型以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究。模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。 模块简介 Materials Studio 采用了大家非常熟悉的Microsoft标准用户界面, 允许用户通过各种控制面板直接对计算参数和计算结果进行设置和分析。 目前,Materials Studio 软件包括如下功能模块: Materials Visualizer: 提供了搭建分子、晶体及高分子材料结构模型所需要的所有工具,可以操作、观察及分析结构模型,处理图表、表格或文本等形式的数据,并提供软件的基本环境和分析工具以及支持Materials Studio 的其他产品。是Materials Studio 产品系列的核心模块。 Discover: Materials Studio 的分子力学计算引擎。使用多种分子力学和动力学 方法,以仔细推导的力场作为基础,可准确地计算出最低能量构型、分子体系的结构和动力学轨迹等。

AlN(10-10)表面结构的第一性原理计算

A1N(10—10)表面结构的第一性原理计算/贾伟等?149? AIN(10-10)表面结构的第一性原理计算” 贾伟,王进,韩培德,党随虎,迟美,刘旭光,许并社 (太原理工大学材料科学与工程学院和太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室,太原030024) 摘要采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了六方A1N及其(10一10)表面的原子及电子结构。其中计算出的六方A1N晶体中的晶格常数和体弹性模量与实验值很符合。用平板超原胞模型模拟计算AlN(10一i0)表面的原子及电子结构,结果表明:AlN(10一10)表面弛豫后,表面顶层原子之间的键长收缩并发生扭转。表面原子均向体内移动,原子轨道重新杂化,N原子趋向于p3构型,Al原子趋向于sp2构型。 关键词A1N密度泛函理论表面态能带结构态密度 First-PrinciplesCalculationofAIN(10—10)SurfaceStructureJIAWei,WANGJin,HANPeide,DANGSuihu,CHIMei,LIUXuguang,XUBingshe (KeyLaboratoryofInterfaceScienceandEngineeringinAdvancedMaterialsofMinistryofEducation,TaiyuanUniversityofTechnology,CollegeofMaterialsScienceandEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024) AbstractUsingthefirst-principlesmethodbasedonthedensityfunctionaltheory,theatomicandelectronicstructuresofthenon-polarsurfaceofAlN(i0—10)arecalculated.ThecalaulatedlatticeconstantandbulkmodulusofzincblendeAlNcrystalareinexcellentagreementwiththeexperimentaldata.ItiSfoundthatthesurfaceiScharacter—izedbyatop-layerbond-length-contractingrotationrelaxationthroughusingtheslabandsupercellmode.ThesurfaceAlandNatomsmovetowardsthesubstrate.Alatomtendstoforlnaplanarsp2likebonding。whileNatomtendstoap3_likebonding. KeywordsA1N,densityfunctionaltheory,surfacestate,bandstructure,densityofstates AlN是一种具有直接宽带隙的半导体材料,是目前Ⅲ一V族氮化物半导体中禁带宽度最大的材料,可以制作蓝光、紫外光的发光器件和光探测器件;而且具有热导率大、击穿电压高、介电常数低、耐高温和化学稳定性好等特点,在短波长光电器件、高温器件和高频大功率器件、抗辐射等方面均具有广阔的应用前景。此外,A1N还具有高的机电耦合系数和高的声波传播速度,可以用作表面波装置[1“]。研究表明,A1N薄膜的性质及其应用在很大程度上与薄膜的晶面取向密切相关,以(10—10)面择优取向的AlN薄膜更易满足表面波装置的要求[4]。而要更好地了解AlN薄膜的晶面择优取向问题却往往又离不开对其表面性质的研究,许小红等[51采用直流磁控反应溅射的方法,在si(111)片上成功地制备出了(10—10)面择优取向的A1N薄膜。因此对AlN((10-10)表面原子及电子结构的理论研究更显得尤为必要。本文采用密度泛函理论方法(DI叮)首先计算了六方钎锌矿AlN体态的结构参数,得到了与实验值较为一致的结果,然后对AlN((10-10)表面的结构性质进行了理论研究,从而对A1N(10-10)表面的结构性质有了较深刻的认识,为进一步研究AlN薄膜形成机理及择优取向等问题提供了理论依据。 1计算模型与方法 1.1计算模型 1.1.1体结构模型 六方A1N具有钎锌矿结构,构成六方A1N的每个Al原子和N原子都被4个异种原子包围,通过定向强四面体sp3键结合在一起。在体态电子结构计算中,所取原胞为六方格子的固体物理学原胞,每个原胞内有2个Al原子和2个N原子,如图1所示。初始晶胞参数设为口:6=3.110A,c一4.980hc61。 图1AIN原胞示意图 Fig.1ThemodelofAIN 1.1.2AlN(10—10)表面模型 在表面原子几何及电子结构研究中,通常采用平板(Slab)和超原胞(Supercell)模型来近似拟合半无限大晶体(表面),即取一定厚度的晶体原子层和真空层在垂直于二维平面上周期重复排列而形成超原胞结构。本文中选取具有10个原子层厚度的平板模型来模拟AlN(10一10)表面,真空层沿Z轴方向厚度为 *国家973项目(2004CB217808);国家自然科学基金重大研究计划(90306014,20671068);山西省自然科学基金(2006011053) 许并社:通讯联系人E-mail:xubs@public.ty.SX.cn  万方数据

结构设计原理习题-练习

《结构设计原理》复习题 一、填空 1.按加工方式不同,钢筋分为()、()、()、()四种。2.()与()通常称为圬工结构。 3.梁内钢筋主要有()、()、()、()等。 4.随着柱的长细比不同,其破坏型式有()、()两种。 5.根据张拉预应力筋与浇筑混凝土构件之间的先后顺序,预应力混凝土分为()、()两类。 6.钢筋与混凝土之间的粘结力主要有以下三项组成()、()、()。7.按照配筋多少的不同,梁可分为()、()、()三种。 8.钢筋混凝土受弯构件主要有()和()两种形式。 9.梁内钢筋主要有()、()、()、()等。 10.()、()、()称为结构的可靠性。 11.钢筋的冷加工方法有()、()、()三种。 12.结构的极限状态,根据结构的功能要求分为()、()两类。 13.T形截面梁的计算,按()的不同分为两种类型。 14.在预应力混凝土中,对预应力有如下的要求()、()、()。15.钢筋混凝土梁一般有()、()、()三种不同的剪切破坏形式。16.预应力钢筋可分为()、()、()三种。 二、判断题:(正确的打√,错误的打×。) 1.混凝土在长期荷载作用下,其变形随时间延长而增大的现象称为徐变。()2.抗裂性计算的基础是第Ⅱ阶段。()3.超筋梁的破坏属于脆性破坏,而少筋梁的破坏属于塑性破坏。()4.增大粘结力、采用合理的构造和高质量的施工、采用预应力技术可以减小裂缝宽度。()5.当剪跨比在[1, 3]时,截面发生斜压破坏。. ()6.预应力损失是可以避免的。()7.整个结构或结构的一部分,超过某一特定状态时,就不能满足结构功能的要求,这种特殊状态称为结构的极限状态。()8.箍筋的作用主要是与纵筋组成钢筋骨架,防止纵筋受力后压屈向外凸出。() 9.采用预应力技术可杜绝裂缝的发生或有效减少裂缝开展宽度。()10.为了保证正截面的抗弯刚度,纵筋的始弯点必须位于按正截面的抗弯计算该纵筋的强度全部被发挥的截面以内,并使抵抗弯矩位于设计弯矩图的里面。()11.偏心距增大系数与偏心距及构件的长细比有关。()12.钢筋混凝土梁的刚度是沿梁长变化的,无裂缝区段刚度小,有裂缝区段刚度大。()13.钢筋按其应力应变曲线分为有明显流幅的钢筋和没有明显流幅的钢筋。()14.因为钢筋的受拉性能好,所以我们只在受拉区配置一定数量的钢筋而在受压区不配置钢筋。()15.当轴向力的偏心较小时,全截面受压,称为小偏心受压。() 越大越好。()16.有效预应力 pe

第一性原理计算方法讲义

第一性原理计算方法讲 义 标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]

第一性原理计算方法 引言 前面讲述的有限元和有限差分等数值计算方法中,求解的过程中需要知道一些物理参量,如温度场方程中的热传导系数和浓度场方程中的扩散系数等,这些参量随着材料的不同而改变,需要通过实验或经验来确定,所以这些方法也叫做经验或者半经验方法。而第一性原理计算方法只需要知道几个基本的物理参量如电子质量、电子的电量、原子的质量、原子的核电荷数、布朗克常数、波尔半径等,而不需要知道那些经验或半经验的参数。第一性原理计算方法的理论基础是量子力学,即对体系薛定额方程的求解。 量子力学是反映微观粒子运动规律的理论。量子力学的出现,使得人们对于物质微观结构的认识日益深入。原则上,量子力学完全可以解释原子之间是如何相互作用从而构成固体的。量子力学在物理、化学、材料、生物以及许多现代技术中得到了广泛的应用。以量子力学为基础而发展起来的固体物理学,使人们搞清了“为什么物质有半导体、导体、绝缘体的区别”等一系列基本问题,引发了通讯技术和计算机技术的重大变革。目前,结合高速发展的计算机技术建立起来的计算材料科学已经在材料设计、物性研究方面发挥着越来越重要的作用。 但是固体是具有~1023数量级粒子的多粒子系统,具体应用量子理论时会导致物理方程过于复杂以至于无法求解,所以将量子理论应用于固体系统必须采用一些近似和简化。绝热近似(Born-Oppenheimei近似)将电子的运动和原子核的运动分开,从而将多粒子系统简化为多电子系统。Hartree-Fock近似将多电子问题简化为仅与以单电子波函数(分子轨道)为基本变量的单粒子问题。但是其中波函数的行列式表示使得求解需要非常大的计算量;对于研究分子体系,他可以作为一个很好的出发点,但是不适于研究固态体系。1964年,Hohenberg和Kohn提出了严格的密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)。它建立在非均匀电子气理论基础之上,以粒子数密度()r 作为基本变量。1965年,Kohn和Sham提出Kohn-Sham方程将复杂的多电子问题及其对应的薛定谔方程转化为相对简单的单电子问题及单电子Kohn-Sham方程。将精确的密度泛函理论应用到实际,需要对电子间的交换关联作用进行近似。局域密度近似(LDA)、广义梯度近似(GGA)等的提出,以及以密度泛函理论为基础的计算方法(赝

结构设计原理知识点

第一章 钢筋混凝土结构基本概念及材料的物理力学性能 1.混凝土立方体抗压强度cu f :(基本强度指标)以边长150mm 立方体试件,按标准方法制作养护28d ,标准试验方法(不涂润滑剂,全截面受压,加载速度0.15~0.25MPa/s )测得的抗压强度作为混凝土立方体抗压强度 cu f 。 影响立方体强度主要因素为试件尺寸和试验方法。尺寸效应关系: cu f (150)=0.95cu f (100) cu f (150)=1.05cu f (200) 2.混凝土弹性模量和变形模量。 ①原点弹性模量:在混凝土受压应力—应变曲线图的原点作切线,该切线曲率即为原点弹性模量。表示为:E '=σ/ε=tan α0 ②变形模量:连接混凝土应力应变—曲线的原点及曲线上某一点K 作割线,K 点混凝土应力为σc (=0.5c f ),该割线(OK )的斜率即为变形模量,也称割线模量或弹塑性模量。 E c '''=tan α1=σc /εc 混凝土受拉弹性模量与受压弹性模量相等。 ③切线模量:混凝土应力应变—上某应力σc 处作一切线,该切线斜率即为相应于应力σc 时的切线模量''c E =d σ/d ε 3 . 徐变变形:在应力长期不变的作用下,混凝土的应变随时间增长的现象称为徐变。 影响徐变的因素:a. 内在因素,包括混凝土组成、龄期,龄期越早,徐变越大;b. 环境条件,指养护和使用时的温度、湿度,温度越高,湿度越低,徐变越大;c. 应力条件,压应力σ﹤0.5 c f ,徐变与应力呈线性关系;当压应力σ介于(0.5~0.8)c f 之间,徐变增长比应力快;当压应力σ﹥0.8 c f 时,混凝土的非线性徐变不收敛。 徐变对结构的影响:a.使结构变形增加;b.静定结构会使截面中产生应力重分布;c.超静定结构引起赘余力;d.在预应力混凝土结构中产生预 应力损失。 4.收缩变形:在混凝土中凝结和硬化的物理化学过程中体积随时间推移而减少的现象称为收缩。 混凝土收缩原因:a.硬化初期,化学性收缩,本身的体积收缩;b.后期,物理收缩,失水干燥。 影响混凝土收缩的主要因素:a.混凝土组成和配比;b.构件的养护条件、使用环境的温度和湿度,以及凡是影响混凝土中水分保持的因素;c.构件的体表比,比值越小收缩越大。 混凝土收缩对结构的影响:a.构件未受荷前可能产生裂缝;b.预应力构件中引起预应力损失;c.超静定结构产生次内力。 5.钢筋的基本概念 1.钢筋按化学成分分类,可分为碳素钢和普通低合金钢。 2钢筋按加工方法分类,可分为a.热轧钢筋;b.热处理钢筋;c.冷加工钢筋(冷拉钢筋、冷轧钢筋、冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋。) 6.钢筋的力学性能 物理力学指标:(1)两个强度指标:屈服强度,结构设计计算中强度取值主要依据;极限抗拉强度,材料实际破坏强度,衡量钢筋屈服后的抗拉能力,不能作为计算依据。(2)两个塑性指标:伸长率和冷弯性能:钢材在冷加工过程和使用时不开裂、弯断或脆断的性能。 7.钢筋和混凝土共同工作的的原因:(1)混凝土和钢筋之间有着良好的黏结力;(2)二者具有相近的温度线膨胀系数;(3)在保护层足够的前提下,呈碱性的混凝土可以保护钢筋不易锈蚀,保证了钢筋与混凝土的共同作用。 第二章 结构按极限状态法设计计算的原则 1.结构概率设计的方法按发展进程划分为三个水准:a.水准Ⅰ,半概率设计法,只对影响结构可靠度的某些参数,用数理统计分析,并与经验结合,对结构的可靠度不能做出定量的估计;b.水准Ⅱ,近似概率设计法,用概率论和数理统计理论,对结构、构件、或截面设计的可靠概率做出近似估计,忽略了变量随时间的关系,非线性极限状态方程线性化;c.水准Ⅲ,全概略设计法,我国《公桥规》采用水准Ⅱ。 2.结构的可靠性:指结构在规定时间(设计基准期)、规定的条件下,完成预定功能的能力。 可靠性组成:安全性、适用性、耐久性。 可靠度:对结构的可靠性进行概率描述称为结构可靠度。 3.结构的极限状态:当整个结构或构件的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的某一功能要求时,则此特定状态称为该功能的极限状态。 极限状态分为承载能力极限状态、正常使用极限状态和破坏—安全状态。 承载能力极限状态对应于结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形,具体表现:a.整个构件或结构的一部分作为刚体失去平衡;b.结构构件或连接处因超过材料强度而破坏;c.结构转变成机动体系;d.结构或构件丧失稳定;e.变形过大,不能继续承载和使用。 正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值,具体表现:a.由于外观变形影响正常使用;b.由于耐久性能的局部损坏影响正常使用;c.由于震动影响正常使用;d.由于其他特定状态影响正常使用。 破坏—安全状态是指偶然事件造成局部损坏后,其余部分不至于发生连续倒塌的状态。(破坏—安全极限状态归到承载能力极限状态中) 4.作用:使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。 作用分为:永久作用、可变作用和偶然作用。 永久作用:在结构使用期内,其量值不随时间变化,或其变化与平均值相比可忽略不计的作用 可变作用:在结构试用期内,其量值随时间变化,且其变化值与平均值相比较不可忽略的作用。

结构设计原理练习题C

结构设计原理练习题C 一、单项选择: 1、下列破坏形态中属于延性破坏的是: ( ) A :超筋梁的破坏 B :剪压破坏 C :适筋梁的破坏 D:小偏心受压破坏 2、轴心受压柱中箍筋的主要作用是: ( ) A :抗压 B :约束钢筋不屈曲 C :抗剪 D : 防裂 3、同截面尺寸、同种材料的梁,只是钢筋用量不同,则承载能力关系:( ) A :超筋梁>适筋梁>少筋梁 B :适筋梁>超筋梁>少筋梁 C :少筋梁>适筋梁>超筋梁 D :超筋梁>少筋梁>适筋梁 4、螺旋式间接钢筋的体积配筋率为 ( ) 0: s A A bh :sv v A B bs 11111112:s s n l A n l A C l l s + 14:ss cor A D d s 5、截面尺寸满足抗剪上限要求则不会发生: ( ) A :剪压破坏 B :斜拉破坏 C :斜压破坏 D :少筋破坏 6、先张法特有的应力损失是 ( ) A :钢筋与孔道摩擦引起的应力损失 B :台座与钢筋温差引起的应力损失 C :钢筋松弛引起的应力损失 D :混凝土收缩引起的应力损失 7、部分应力构件的预应力度: ( ) A :0=λ B :0λ< C :1>λ D :10<<λ 二、填空 1、构件按受力特点分 、 、 、受扭构件。 2、混凝土的强度设计值是由强度标准值 而得。 3、结构能满足各项功能要求而良好的工作叫 ,否则叫 。 4、 < f sd A s 时定义为第二类T 梁。 5、由于某种原因引起预应力钢筋的应力减小叫 。 三、判断正误 1、剪压破坏是延性破坏而斜拉破坏是脆性破坏。 ( ) 2、在轴心受压件中混凝土的收缩和徐变都会引起钢筋的压应力增长。 ( ) 3、ηe 0 >0.3h 0 时为大偏心受压。 ( ) 4、施加预应力不能提高构件的承载能力。 ( ) 5、局部承压面下混凝土的抗压强度比全截面受压时高。 ( ) 四、简答 1、什么叫开裂截面的换算截面?为什么使用换算截面?画矩形截面全截面换算截面的示意图。 2、 钢筋和混凝土之间的粘结力来源于哪几方面? 3 、简述后张法施工过程?它有哪些优、缺点? 4、简述等高度梁只设箍筋时的抗剪钢筋设计步骤。 五、计算题 1、T 形截面尺寸' '1200,200, 120,1000,f f b mm b mm h mm h mm ====采用C30混凝 土(MPa f cd 8.13=),HRB335级钢筋(MPa f sd 280=),Ⅰ类环境条件,56.0=b ξ,

结构设计原理计算方法

结构设计原理案例计算步骤 一、单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 计算公式: ——水平力平衡 ()——所有力对受拉钢筋合力作用点取矩() ()——所有力对受压区砼合力作用点取矩()使用条件: 注:/,&& 计算方法: ㈠截面设计yy 1、已知弯矩组合设计值,钢筋、混凝土强度等级及截面尺寸b、h,计算。 ①由已知查表得:、、、; ②假设; ③根据假设计算; ④计算(力矩平衡公式:); ⑤判断适用条件:(若,则为超筋梁,应修改截面尺寸或提 高砼等级或改为双筋截面); ⑥计算钢筋面积(力平衡公式:); ⑦选择钢筋,并布置钢筋(若 ,则按一排布置); 侧外 ⑧根据以上计算确定(若与假定值接近,则计算,否则以的确定值作 为假定值从③开始重新计算); ⑨以的确定值计算; ⑩验证配筋率是否满足要求(,)。 2、已知弯矩组合设计值,材料规格,设计截面尺寸、和钢筋截面面积。 ①有已知条件查表得:、、、; ②假设,先确定; ③假设配筋率(矩形梁,板); ④计算(,若,则取); ⑤计算(令,代入); ⑥计算(,&&取其整、模数化); ⑦确定(依构造要求,调整); ⑧之后按“1”的计算步骤计算。 ㈡承载力复核 已知截面尺寸b、,钢筋截面面积,材料规格,弯矩组合设计值,

所要求的是截面所能承受的最大弯矩,并判断是否安全。 ①由已知查表得:、、、; ②确定; ③计算; ④计算(应用力平衡公式:,若,则需调整。令, 计算出,再代回校核); ⑤适用条件判断(,,); ⑥计算最大弯矩(若,则按式计算最大弯矩) ⑦判断结构安全性(若,则结构安全,但若破坏则破坏受压区,所以应以受压区控制设计;若,则说明结构不安全,需进行调整——修改尺寸或提高砼等级或改为双筋截面)。 二、双筋矩形截面梁承载力计算 计算公式: , ,()+() 适用条件: (1) (2) 注:对适用条件的讨论 ①当&&时,则应增大截面尺寸或提高砼等级或增加的用量(即 将当作未知数重新计算一个较大的);当时,算得的即为安全要 求的最小值,且可以有效地发挥砼的抗压强度,比较经济; ②当&&时,表明受压区钢筋之布置靠近中性轴,梁破坏时应变较 小,抗压钢筋达不到其设计值,处理方法: a.《公桥规》规定:假定受压区混凝土压应力的合力作用点与受压区钢筋合力作用 点重合,并对其取矩,即 令2,并 () 计算出; b.再按不考虑受压区钢筋的存在(即令),按单筋截面梁计算出。 将a、b中计算出的进行比较,若是截面设计计算则取其较小值,若是承载能力复核则取其较大值。 计算方法: ㈠截面设计 1.已知截面尺寸b、h,钢筋、混凝土的强度等级,桥梁结构重要性系数,弯矩组合 设计值,计算和。 步骤: ①根据已知查表得:、、、、; ②假设、(一般按双排布置取假设值); ③计算;

混凝土结构设计原理试卷之计算题题库 ()

1、某现浇多层钢筋混凝土框架结构,地层中柱按轴心受压构件计算,柱高H=6.4m ,承受轴向压力设计值N=2450kN,采用C30级混凝土,HRB335级钢筋,求柱截面尺寸(设配筋率 '0.01,1ρ?==),并试计算需配置的纵向受力钢筋。 (已知:2 14.3N/mm c f =,21.43/t f N mm =,'2300/y y f f N mm ==) 附表:钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数? 设配筋率' 0.01,1ρ?==,由公式知 正方形截面边长396.7b mm ==,取b=400mm 。 (2)求稳定系数 柱计算长度0 1.0l H =, 06400 16400 l b ==,查表得0.87?=。 (3)计算配筋 由公式知 2、某梁截面尺寸b×h=250mm×500mm ,M=2.0×108N·mm ,受压区预先已经配好HRB335级受压钢筋2φ20(' s A =628mm 2 ),若受拉钢筋也采用HRB335级钢筋配筋,混凝土的强度等级为C30,求截面所需配置的受拉钢筋截面面积s A 。 (已知:2 14.3N/mm c f =,21.43/t f N mm =,'2300/y y f f N mm ==,1 1.0α=, ,max 0.55,0.399b s ξα==) 解:(1)求受压区高度x 假定受拉钢筋和受压钢筋按一排布置,则' 35mm s s a a == 且' 2235mm 70mm s x a >=?= (2)计算截面需配置的受拉钢筋截面面积 四、计算题 1、已知某屋架下弦,截面尺寸b=220mm ,h=150mm ,承受轴心拉力设计值N=240kN ,混凝土为C30级,纵筋为HRB335级,试计算需配置的纵向受力钢筋。 (已知:2 14.3N/mm c f =,21.43/t f N mm =,'2300/y y f f N mm ==) 参考答案: 解:,u N N =令 2、已知梁的截面尺寸b=250mm ,h=500mm ,混凝土为C30级,采用HRB400级钢筋,承

《结构设计原理》述课

《结构设计原理》述课 一、前言 (一)课程基本信息 1.课程名称:结构设计原理 2.课程类别:专业平台课 3.学时:两学期总计84学时,2周课程设计 4.适用专业:交通工程 (二)课程性质 1.课程性质 结构是土木工程中最基本的元素,《结构设计原理》课程围绕着工程中常用的钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、圬工结构的设计计算进行理论和实践性的教学。 《结构设计原理》是土木工程专业的一门重要的专业必修课程,是学生运用已学的《工程制图》、《理论力学》、《材料力学》、《结构力学》、《工程材料》等知识,初步解决结构原理及结构设计问题的一门课程。其特点是:兼具理论性和实用性且承前启后,为学好专业课打好基础的课程,也是学生感到比较难学的一门课程。所以《结构设计原理》及其系列课程一直是土木工程专业的主干课,从开设的《结构设计原理》、《结构设计原理》课程设计,到毕业设计都渗透结构设计的理论,课程贯穿交通工程专业教学的所有环节。 本课程主要介绍钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和圬工结构的各种基本构件受力特性、设计原理、计算方法和构造设计。 2.本课程的作用 本课程主要培养学生掌握钢筋混凝土基本构件和结构的设计计算方法和与施工及工程质量有关的结构的基本知识,培养学生具有识读桥梁结构图纸的识读能力、基本构件的设计能力、使用和理解各种结构设计规范能力、解决工程结构实际问题的能力、综合分析问题的能力、学习能力和与人合作等能力,从而为继续学习后续专业课程奠定扎实的基础,以进一步培养学生树立独立思考、吃苦耐劳、勤奋工作的意识以及诚实、守信的优秀品质,为今后从事施工生产一线的工作奠定良好的基础。 本课程以“材料力学”、“理论力学”和“工程材料”的学习为基础共同打造学生的专业核心技能。

第一性原理计算原理和方法精编

第一性原理计算原理和 方法精编 Document number:WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986

第二章 计算方法及其基本原理介绍 化学反应的本质是旧键的断裂和新建的形成,参与成键原子的电子壳层重新组合是导致生成稳定多原子化学键的明显特征。因此阐述化学键的理论应当描写电子壳层的相互作用与重排,借助求解满足适当的Schrodinger 方程的波函数描写分子中电子分布的量子力学,为解决这一问题提供了一般的方法,然而,对于一些实际的体系,不引入一些近似,就不可能求解其Schrodinger 方程。这些近似使一般量子力学方程简化为现代电子计算机可以求解的方程。这些近似和关于分子波函数的方程形成计算量子化学的数学基础。 SCF-MO 方法的基本原理 分子轨道的自洽场计算方 法(SCF-MO)是各种计算方法的理论基础和核心部分,因此在介绍本文计算工作所用方法之 前,有必要对其关键的部分作 一简要阐述。 Schrodinger 方程及一些基本近似 为了后面介绍各种具体在自洽场分子轨道(SCF MO)方法方便,这里将主要阐明用于本文量子化学计算的一些重要的基本 R AB =R 图2-1分子体系的坐标

近似,给出SCF MO 方法的一些基本方程,并对这些方程作简略说明,因为在大量的文献和教材中对这些方程已有系统的推导和阐述[1-5]。 确定任何一个分子的可能稳定状态的电子结构和性质,在非相对论近似下,须求解定态Schrodinger 方程 ''12121212122ψψT p B A q p A p pA A pq AB B A p A A A E R Z r R Z Z M =??????? ?-++?-?-∑∑∑∑∑∑≠≠ () 其中分子波函数依赖于电子和原子核的坐标,Hamilton 算符包含了电子p 的动能和电子p 与q 的静电排斥算符, ∑∑≠+?-=p q p pq p e r H 12121?2 以及原子核的动能 ∑?-=A A A N M H 2121? 和电子与核的相互作用及核排斥能 ∑∑≠+-=p A B A AB B A pA A eN R Z Z r Z H ,21? 式中Z A 和M A 是原子核A 的电荷和质量,r pq =|r p -r q |,r pA =|r p -R A |和R AB =|R A -R B |分别是电子p 和q 、核A 和电子p 及核A 和B 间的距离(均以原子单位表示之)。上述分子坐标系如图所示。可以用V(R,r)代表-式中所有位能项之和 ∑∑∑-+=≠≠p A pA A B A q p pq AB B A r Z r R Z Z r R V ,12121),( 原子单位

羟基磷灰石表面能的第一性原理计算

羟基磷灰石表面能的第一性原理计算1 王志明,黄远,万怡灶,何芳,王玉林 天津大学材料科学与工程学院,天津(300072) E-mail:zmwangtju@https://www.doczj.com/doc/971698267.html, 摘要:基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理,构建层晶(slab)模型,计算了 (100)、(100)、(010)、(001)、(101)晶面的表面能,由此分析了羟基磷灰石(HAP)的 slab模型的原子层厚度对表面能的影响。采用布拉维法则和唐纳-哈克定律(BFDH)形貌预测方法预测了HAP各晶面的形貌重要性。计算结果表明:当真空层厚度达12 ?时,slab模型的原子层厚度对表面能影响不大。表面能计算结果与BFDH方法预测所得结果均表明:(100)面是最稳定晶面,具有最高的形貌重要性,在晶体生长过程中最易成为宏观晶体的表面。计算结果对于研究HAP作为体内植入物与体液环境的相互作用过程具有重要意义。 关键词:密度泛函理论,表面能,羟基磷灰石 1. 前言 羟基磷灰石的化学组成和晶体结构与人体骨骼和牙齿中主要矿物质相类似,是人体骨骼组织的主要无机成分[1-2]。同时,由HAP为主要成分构成的生物活性陶瓷具有良好的生物相容性和生物活性,能在骨修复、骨重建等方面起到重要作用,因而受到世界各国科学家的重视而广泛研究[3-5]。作为重要的植入材料,HAP植入体内后将在体内环境下发生复杂的作用过程,如晶体的降解、晶体离子与体液中离子的交换、新骨组织的形成[6-7]等,HAP的表面特性与这一系列过程都有着直接的关系。研究HAP的表面特性,将有助于对整个作用过程的理解,而表面能是表征材料表面特性的重要参量,因此,有必要对HAP各晶面的表面能进行研究。 表面能定义为形成单位面积表面时体系能量的增加,为材料表面的基本属性之一。目前,很难通过实验方法[8-9]精确测定固态材料的表面能,即使通过某些实验方法测得一些简单结构晶体的表面能,误差一般也比较大,而且不能给出究竟是哪个面上的表面能。对于HAP 这样结构复杂的晶体,目前还没有给出特征晶体表面能的直接测量结果。因此,通过理论计算的方法来获得HAP的表面能有着重要的意义。理论上,计算晶体表面能主要应用基于第一性原理的计算方法[10]和半经验分子动力学方法[11],第一性原理计算方法能够精确到电子层次,计算量较大,但计算结果更为精确。 晶体的宏观形貌主要是由其内部结构决定的,在忽略外部因素影响的情况下,晶体的形态特征服从BFDH法则[12-13],因此可以通过晶体的内部结构预测其宏观形貌,比较各晶面的形貌重要性。 综上所述,本文采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理方法,建立 slab 模型,计算了HAP的多个晶面的表面能,分析了slab模型的原子层厚度对表面能的影响。采用Morphology程序的BFDH方法预测HAP晶体的宏观形貌,以比较HAP各晶面的形貌重要性。 2. 计算方法 本文计算工作采用基于密度泛函(DFT)方法的从头算量子力学程序CASTEP[14] 1本课题得到天津市科技发展计划重点攻关项目(No.043185111-2)的资助。

结构设计原理 习题题库 18套

《结构设计原理》习题题库 第一套习题 一、选择题 1. 高碳钢筋采用条件屈服强度,以σ0.2表示,即 (A)取极限强度的20% (B)取应变为0.002时的应力 (C)取应变为0.2时得应力(D)取残余应变为0.002时的应力 2. 砼在双向应力下 (A)双向受压的强度基本等于单向受压 (B)双向受拉下,一向的抗拉强度随另一向拉应力的增加而提高 (C)双向受压下,一向的抗压强度随另一向压应力的增加而提高 (D)双向受拉下,一向的抗拉强度随另一向拉应力的增加而下降 3. 用螺旋筋约束砼,使 (A)砼的强度和延性均提高 (B)强度能提高,延性并不能提高 (C)延性可以提高,强度不能提高 (D)强度和延性均不能提高,计算中也不考虑 4. 我国砼规范以何种概率法为基础? (A)半概率 (B)近似概率 (C)全概率 (D)伪概率 5. 结构的功能包括 (A)强度, 变形, 稳定 (B)实用, 经济, 美观 (C)安全性, 适用性和耐久性 (D)承载能力,正常使用 6.金属锰可提高钢材的强度,对钢材的塑性 (A)提高成分 (B)提高较多 (C)降低不多 (D)降低很多 7.建筑钢材单向受拉时屈服点f y与单向受压的屈服点f yˊ之间满足 (A)f y> f yˊ (B) f y< f yˊ (C) f y= f yˊ (D) f y= 0.58f yˊ 8. 实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的失稳是 (A)弯扭屈曲 (B)弯曲屈曲 (C)扭转屈曲 (D)局部屈曲 9. 钢结构有哪三种常用的连接方法 (A)搭接、对接和T型 (B)焊接、铆接及螺栓 (C)焊接、对接及螺栓 10. 梁刚度不足的后果为 (A)不满足承载力要求 (B)不满足使用要求 (C)耐久性较差 (D)易脆性破坏 11、轴心受压RC柱在长期荷载下发生徐变, 使: (A)混凝土压应力减小, 钢筋压应力增大 (B)混凝土压应力增大, 钢筋压应力增大 (C)混凝土压应力减小, 钢筋压应力减小 (D)混凝土压应力增大, 钢筋压应力减小 12、适量间接配筋柱进入极限状态的标志是 (A)混凝土压碎, (B)外层混凝土剥落 (C)间接钢筋屈服 (D)纵筋屈服 13.受弯构件的变形和裂宽计算是以哪个阶段作为计算依据的 (A)Ⅰa (B)Ⅱ (C)Ⅱa (D)Ⅲa 14、超筋梁破坏时,受拉钢筋应变εs和压区边缘混凝土应变ε c (A)εs>εy, εc=εcu (B)εs<εy, εc=εcu (C)εs<εy, εc>εcu (D)εs>εy, εc<εcu 15、条件相同的无腹筋梁, 由于剪跨不同发生剪压、斜压和斜拉破坏, 其承载力

混凝土结构设计原理 课件及试题10

第十章混凝土结构按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范》的设计计算 本章的意义和内容: 本章讲述了桥涵工程混凝土结构的材料、计算原理、基本构件(受弯构件、轴心受力构件、偏心受力构件、受扭构件、预应力混凝土构件)的承载能力计算和构件裂缝宽度、挠度验算以及构造要求。通过本章的学习,使学生了解混凝土按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》进行构件设计计算的方法、这种方法与房屋工程中混凝土构件的设计计算方法有何相同和不同之处,为进行桥涵工程混凝土结构设计计算奠定基础。并掌握以下重点、难点。 1.桥涵工程混凝土结构设计也采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,但是由于涵桥结构所处环境、荷载性能以及结构的特点与房屋结构有较大的差异,因此《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定的结构目标可靠指标比房屋结构的大;桥涵工程的材料强度设计值比房屋结构的小。 2.涵桥工程受弯构件不但要进行持久状态下的设计计算,而且还要进行短暂状态下的计算,受弯构件纵向受力钢筋的最小配筋率与房屋建筑有所不同。 3.土木工程中一般受弯构件斜截面抗剪承载力计算基于同一基本理论,但涵桥工程受弯构件斜截面抗剪承载力计算方法与房屋建筑工程不同。涵桥工程受弯构件斜截面抗剪承载力计算是采用单一公式(房屋建筑是两套公式),该公式适用矩形、T形、I字形截面构件,并且考虑了构件截面受压翼缘的抗剪作用,也考虑了受弯纵向受力钢筋的抗剪作用 4.由于桥梁结构受弯构件截面形式、剪力图的特点,桥涵工程受弯构件斜截面抗剪承载能力计算时,首先按斜截面始端的截面尺寸和规定的剪力值进行计算,然后确定斜截面末端的位置,再根据斜截面末端截面尺寸和规定的剪力取值对斜截面末端进行抗剪承载能力验算。 5.桥涵工程偏心受压构件正截面承载能力计算时,混凝土强度采用棱柱体抗压强度,而且不考虑附加偏心距的影响。 6.桥涵工程混凝土构件的裂缝宽度、受弯刚度计算公式的建立方法、计算方法与房屋建筑工程不同,为了减少受弯构件的挠度,经常需要设置预拱度,预拱度的大小为永久荷载与一半可变荷载频遇值引起的挠度。 在预应力混凝土构件的设计当中,桥涵工程中预应力混凝土构件的预应力损失的排序、预应力损失的组合与房屋建筑工程不同。 一、概念题 (一)填空题 1.《桥规》规定,钢筋混凝土构件的混凝土标号不应低于,当采用HRB400、KL400级钢筋时不应低于;预应力混凝土构件的混凝土标号不应低于; 2.《桥规》规定,钢筋混凝土构件中的普通钢筋应选用、、及。 3.桥涵工程结构设计采用以概率论为基础的方法,极限状态分为和。桥涵工程设计基准期为。 4.《桥规》规定,在进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计时,应考虑、和三种设计状态。 5.和房屋建筑工程相比,桥涵结构的目标可靠度指标值相对。

相关主题
文本预览
相关文档 最新文档