多尺度传递过程研究进展

多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展摘要：本文从多尺度方法的适用情况入手，对其在复合材料力学分析当中的研究进展进行了分析阐述，科学地指明了该方法的应用前景。

关键词：力学原理；复合材料；多尺度方法；应用分析一、前言近年来，多尺度的方法在对长度和时间的尺度互相作用上得到了越来越广泛的研究，在内涵和外延上非常丰富。

由于这种多尺度方法当前在我们日常生活中普遍存在，几乎在力学、宏观、微观等很多领域都可见一斑，所以在材料形状变化和效果削减的科学研究中经常遇到。

多尺度方法融合了时间和空间尺度的双重属性，同时兼容了耦合的特征，在材料科学和工程专业中相对复杂计算中应用的非常多。

尤其是在进行同尺度之间不相关因素进行计算，复合材料以及结构不同材料进行使用能力模拟分析，甚至对材料的微观属性或者物理性能进行分析的时候，使用这种多尺度的方法效果非常明显。

由于复合材料在物理和化学特质上有着显著的差异，并且依靠宏观、微观和介观等迥异的尺度结构存在，按照相对复杂的特点构成，通常在腐蚀能力的防御上、坚硬程度的比值上比较高，而紧密程度、蠕变性能上又比较低，与其他生物质的兼容上非常突出，所以目前在土木工程施工建设以及航空航天事业的发展上，应用的非常广泛。

另外，因为复合材料属于多相品类，在力学原理和失效性能上同承重能力、外来应力、边界环境等宏观特质息息相关，并且也关系着组合能力、坚固结构、内部布局同材料本身的界面属性，所以考虑到复合材料的后期使用问题，就应当利用多尺度方法对其结构特点进行深入系统的分析研究。

因此，笔者试针对多尺度方法在复合材料力学分析这的研究进展情况，谈些粗浅的想法。

二、多尺度方法在纤维增强复合材料力学分析中的应用纤维增强复合材料即属于多相类型，在研究上一般包括细观和宏观的力学分析方法。

宏观方法主要从唯象的角度去考虑，按照均衡假定的原理，视复合材料为宏观均衡化的参照物，假设增强属性与基体是一致的，忽略分相的制约情况，而只分析复合材料的均衡反映能力。

存档日期：存档编号北京化工大学研究生课程论文课程名称：计算流体力学与传热课程代号：_________ ChE515 _________任课教师：张建文完成日期：2012年12月20日专业：化学工程学号：姓名：成绩：_________________________多尺度传递过程研究进展摘要：本文介绍了化工中多尺度的研究方法以及传递研究的新进展。

着重介绍了现代化工多尺度传递过程研究的三种新方法：平均方法、直接模拟法以及耦合方法，并与传统的研究思路做比较。

最后提出了多尺度传递过程研究中出现的问题并对多尺度传递过程研究提出展望。

关键词：多尺度传递过程Advances in MultiscaleTransportProcessAbstract: This article describes a multiscale chemical method and the new advance of transport process. Mainly introduce three modern chemical multiscale methods in transport process study: average method, the direct simulationmethod,and coupling method.Finally this paper puts forward a multi scale transfer process and research problems and to propose the prospect of the study on multi scale transfer process. Key words: multiscale ,transport process一、引言1.1 化工中的多尺度问题多尺度的术语现在被广泛地使用，例如Villemaux 提出计算化学工程的多尺度应用，Lerou 和Ng 的文章《化学反应工程, 研究多目标任务的多尺度方法》等, 但不同学者所认的“尺度”的含义可能并不相同。

热能储控过程多尺度热质传递现象及机理热能储控过程是指通过储能装置将热能储存起来，以便在需要时释放出来供应能量。

在热能储控过程中，多尺度热质传递现象及机理起着重要的作用。

多尺度热质传递是指在不同尺度下的热质传递现象。

在热能储控过程中，热质传递可以发生在宏观尺度下的储能装置表面，也可以发生在微观尺度下的储能材料内部。

在宏观尺度下，热质传递主要通过传导、对流和辐射等方式进行。

传导是指热量通过物质内部的分子振动传递，对流是指热量通过流体的流动传递，辐射是指热量通过电磁波辐射传递。

在微观尺度下，热质传递主要通过分子间的碰撞和传递进行。

在热能储控过程中，多尺度热质传递现象的机理是非常复杂的。

首先，在宏观尺度下，储能装置的表面温度与环境温度之间存在温差，热量通过传导、对流和辐射等方式从高温区传递到低温区。

传导过程中，热量通过物质内部的分子振动传递，传热速率与物质的导热性能有关。

对流过程中，热量通过流体的流动传递，传热速率与流体的流速和热传导系数有关。

辐射过程中，热量通过电磁波辐射传递，传热速率与表面的辐射能力和环境的吸收能力有关。

在微观尺度下，储能材料内部的热质传递机理更为复杂。

储能材料通常由大量的微观颗粒组成，热质传递可以发生在颗粒之间的接触面上。

在颗粒之间，热质传递主要通过分子间的碰撞和传递进行。

传热速率与颗粒的热传导系数、颗粒的间隙和颗粒的接触面积有关。

此外，储能材料内部还存在着孔隙和通道等微观结构，这些结构对热质传递也有影响。

孔隙和通道的形状和尺寸可以影响热质传递的路径和速率。

热能储控过程中的多尺度热质传递现象及机理对热能储存和释放的效率有重要影响。

通过研究和优化多尺度热质传递现象及机理，可以提高热能储控系统的能量转换效率和储能性能。

例如，通过改变储能装置的表面形状和材料，可以增加热质传递的表面积和热传导率，提高热能的储存和释放速率。

通过调控储能材料的微观结构和孔隙大小，可以改善热质传递的路径和速率，提高热能的储存和释放效率。

多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展摘要简要介绍了多尺度方法的分量及其适用围，详细论述了多尺度分析方法在纤维增强复合材料弹性、塑性等力学性能中的研究进展，最后对多尺度分析方法的前景进行了展望。

关键词多尺度分析方法，复合材料，力学性能，细观力学，均匀化理论1 引言多尺度科学是一门研究不同长度尺度或时间尺度相互耦合现象的跨学科科学，是复杂系统的重要分支之一，具有丰富的科学涵和研究价值。

多尺度现象并存于生活的很多方面，它涵盖了许多领域。

如介观、微观个宏观等多个物理、力学及其耦合领域[1]。

空间和时间上的多尺度现象是材料科学中材料变形和失效的固有现象。

多尺度分析方法是考虑空间和时间的跨尺度与跨层次特征，并将相关尺度耦合的新方法，是求解各种复杂的计算材料科学和工程问题的重要方法和技术。

对于求解与尺度相关的各种不连续问题。

复合材料和异构材料的性能模拟问题，以及需要考虑材料微观或纳观物理特性，品格位错等问题，多尺度方法相当有效。

复合材料是由两种或者两种以上具有不同物理、化学性质的材料，以微观、介观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过复杂的空间组合而形成的一个多相材料系统[2]。

复合材料作为一种新型材料，由于具有较高的比强度和比刚度、低密度、强耐腐蚀性、低蠕变、高温下强度保持率高以及生物相容性好等一系列优点，越来越受到土木工程和航空航天工业等领域的重视。

复合材料是一种多相材料，其力学性能和失效机制不仅与宏观性能（如边界条件、载荷和约束等）有关，也与组分相的性能、增强相的形状、分布以及增强相与基体之间的界面特性等细观特征密切相关，为了优化复合材料和更好地开发利用复合材料，必须掌握其细观结构对材料宏观性能的影响，即应研究多尺度效应的影响。

如何建立起复合材料的有效性能和组分性能以及微观结构组织参数之间的关系，一直是复合材料研究的重点，也是复合材料研究的核心目标之一。

近年来，随着细观力学的发展和渐近均匀化理论的深化，人们逐渐认识并开始研究复合材料宏观尺度和细观尺度之间的联系，并把二者结合起来。

多尺度材料的力学行为研究材料力学是研究材料在受力下的变形和破坏行为的科学，而多尺度材料力学研究则是在不同尺度上对材料的力学性能进行综合研究。

多尺度材料力学的发展不仅仅是为了更好地解释和预测材料力学性能的变化规律，还为新材料的设计和开发提供了思路和方法。

在多尺度材料力学研究中，首先需要从微观层面进行材料结构的分析。

由于材料的力学性能与其微观结构的相互作用密切相关，研究材料的微观结构能够揭示材料的力学行为的本质。

常用的手段包括原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等，这些手段可以观察到材料内部的晶体结构、原子排列和缺陷等信息。

除了观察材料的微观结构，还需要通过实验和计算手段来研究材料的力学行为。

实验上可以利用拉伸机、压力机等设备对材料进行拉伸、压缩等加载试验，得到材料的应力-应变曲线。

计算上则可以利用分子动力学(MD)、有限元分析(FEA)等方法模拟材料受力过程，得到材料的力学行为。

知道材料的基本力学行为后，可以进行多尺度的力学分析。

多尺度力学分析是将宏观层面和微观层面相互协调起来，从而揭示不同尺度上材料的力学行为。

通过多尺度力学分析，可以研究材料的应力传递、能量传递等物理机制，进一步理解材料的塑性、疲劳等性能。

在多尺度材料力学研究中，也有一些具体的应用。

例如，可以将多尺度力学研究应用于新材料的设计和开发。

通过对材料的微观结构和力学性能进行综合研究，可以针对特定应用需求优化材料的性能，并提出合理的加工工艺。

另外，多尺度力学研究还可以用于材料的损伤分析和维修。

通过在不同尺度上对材料的力学行为进行研究，可以分析材料的裂纹扩展、疲劳寿命等问题，为材料的维修和寿命预测提供依据。

多尺度材料力学研究是材料科学领域的一个前沿课题，对于推动材料科学的发展具有重要意义。

通过研究材料的微观结构和力学性能，在揭示材料力学行为规律的同时，也为新材料的设计和应用提供了新思路和方法。

未来，随着计算机技术和实验手段的不断发展，多尺度材料力学研究将会更加深入和广泛，为材料科学的进步做出更大的贡献。

多尺度方法在微/纳接触行为模拟中的应用进展＊吴聪颖,段芳莉,郭其超(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044)摘要 多尺度方法在求解的不同区域采用不同尺度的力学模型,在精确描述材料力学行为的同时,提高了计算效率,是近年来得到较大发展和广泛应用的一种材料计算方法。

介绍了跨原子和连续介质多尺度算法的过渡区设计、基本算法,以及影响算法精度的主要因素。

评述了多尺度方法在微/纳粗糙表面接触行为研究中的应用,在三维多尺度算法中更好地控制温度将提高模拟精度。

关键词 多尺度方法　跨原子和连续介质力学　微/纳尺度接触中图分类号:O485 文献标识码:AThe Development with the Application of Multi -scale Methods in theSimulation of Micro /Nano -scale ContactWU Congying ,DUAN Fangli ,G UO Qichao(The State K ey L abo ra to ry of M echanical T r ansmissio n ,Cho ng qing U niver sity ,Cho ng qing 400044)Abstract M ulti -scale me tho ds do not adopt the same mechanical models in different areas .Because of its effi -ciency and exactness in de scribing the mechanical co nduct ,as a new method o f ma te rial computing ,it has been develo -ped rapidly and used widely .T he design o f tr ansition region and basic principle o f the ato mic -co ntinuum multi -sca lemethod are intr oduced w ith the major facto rs w hich affect the algo rithm ′s accur acy .A t the same time ,the multi -sca le methods ′applications in simulating the co ntact conduct of micr o /nano -scale ro ug h surfaces are reviewed .The accur acy of simula tion will be improv ed if the temperature is co nf rolled bet te r in 3D multi -scale methods .Key words multi -scale methods ,the atomic -continuum me thod ,micro /nano -scale co ntact　＊国家自然科学基金(50875271);重庆市自然科学基金(CST C 2009BB4200);中央高校基本科研业务费资助课题(CDJZ R -11280001)　吴聪颖:男,1987年生,硕士生　E -mail :eleven -cy @0　引言随着微/纳元器件的面世,材料的微观特性越来越受到重视。

多尺度生态学研究新进展生态学是对生物和环境之间相互作用的科学研究。

然而，生态学的研究范围非常广泛，从个体到生态系统都有所涉及。

在这个过程中，多尺度研究成为了一个非常重要的话题。

本文将介绍多尺度生态学研究的新进展。

什么是多尺度生态学？多尺度生态学是指将不同尺度的生态学研究结果密切相关起来，寻找它们之间的关联和相互作用，从而更好地理解生态系统的结构和功能。

尺度的范围包括个体、种群、社会、生态系统等。

这一领域的主要目的是研究生物和环境之间的相互作用，并对其进行系统性分析。

多尺度研究方法在多尺度研究中，有许多不同的方法可以使用。

其中最常用的方法是“自上而下”和“自下而上”两种。

自上而下的方法是一种从较高的层次开始，逐渐降低分析尺度的过程。

这个方法主要侧重于寻找系统中的整体模式和规律。

自下而上的方法则是从较低的层次开始，在逐渐升高分析尺度的过程中，研究系统的各个组成部分。

这个方法更侧重于研究系统中个体的行为和生物学基础的结构。

在进行多尺度生态学研究的过程中，还需要使用很多数学和计算机工具来分析所收集到的数据。

这些工具可以帮助研究人员更好地理解数据的意义和关联，并查找数据之间的连续性和模式。

研究领域多尺度生态学的研究范围非常广泛。

以下是一些主要的领域。

1. 生物多样性这个领域研究各种因素影响生态系统生物多样性的程度。

因素的范围可以涉及从个体到生态系统的各种层次，包括环境因素、物种间相互作用等。

2. 水文生态学水文生态学研究水文过程与生态系统之间的关系。

这包括了涉及水量管理、河流流量、水生植物生长以及与水相关的气候、土壤和地形等各种因素。

3. 土壤生态学这个领域的重点是研究土壤生态系统的结构和功能。

它可以包括从微生物到植物的各种层次，并考虑他们之间的相互作用。

4. 气候变化生态学随着全球气温持续上升，对于气候变化生态学的研究也变得越来越重要。

作为一个跨学科领域，它涵盖了物理、生物学、生态学、社会科学和地球科学等多个领域。

多尺度模型的研究方法引言：多尺度模型是一种将不同尺度的信息融合起来的建模方法，通过考虑不同尺度下的特征和关联性，能够更全面地理解和解释复杂系统的行为和性质。

在科学研究和工程应用中，多尺度模型已被广泛应用于各个领域，如材料科学、生物医学、地球科学等。

本文将介绍多尺度模型的研究方法，并探讨其在不同领域中的应用。

一、多尺度模型的概念和原理多尺度模型是一种将系统的特征和行为从不同尺度上进行描述和建模的方法。

传统的单一尺度模型通常只能提供局部信息，无法全面理解系统的整体性质。

而多尺度模型则可以从宏观到微观，从整体到局部，将不同尺度的信息融合起来，以更准确地描述系统的行为。

多尺度模型的建立主要包括以下几个步骤：1. 确定尺度层次：根据研究对象的特性和问题的需求，确定所需的尺度层次，例如宏观尺度、中观尺度和微观尺度。

2. 信息融合：从不同尺度获取系统的特征和行为信息，并进行融合处理，以得到全面的描述。

3. 建立链接：通过建立不同尺度之间的关联性，将融合后的信息在不同尺度间进行传递和交互，以建立起整个多尺度模型。

4. 验证和优化：对建立的多尺度模型进行验证和优化，以提高模型的精度和可靠性。

二、多尺度模型在材料科学中的应用材料科学是多尺度模型应用最为广泛的领域之一。

材料的性能和行为往往受到多个尺度因素的影响，如晶体结构、原子间相互作用等。

通过建立多尺度模型，可以更好地理解材料的微观机制和宏观性能，并为材料的设计和优化提供指导。

例如，在材料的强度研究中，可以通过将原子尺度的位错信息与晶体尺度的应力分布相耦合，建立多尺度的位错模型，从而揭示材料的塑性行为。

此外，多尺度模型还可应用于材料的缺陷分析、界面行为模拟等方面，为材料科学研究提供了有力的工具和方法。

三、多尺度模型在生物医学中的应用生物医学领域是另一个多尺度模型应用广泛的领域。

生物系统的复杂性和多样性使得单一尺度的模型往往无法准确描述生物现象。

通过建立多尺度模型，可以将从基因组、细胞、器官到整个生物体的信息进行融合，以更好地理解生物系统的结构和功能。

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