abaqus 能量密度的案例
聲場中的能量關(guān)系：聲能量密度、聲能流密度、聲強
聲波是機械波的一種，其實質(zhì)是能量的傳遞過程。
聲動能（kinetic energy）：
質(zhì)點振動引起的能量變化。
聲勢能（potential energy）：
介質(zhì)形變引起的能量變化。
聲能：
由于聲波傳播而引起的介質(zhì)能量的增量。
一、聲能量密度E0
定義：聲能量密度：聲場中單位體積介質(zhì)所具有的機械能為聲場的聲能密度。記E0。
聲能密度的量綱：
（MKS）制中，基本單位：J/m3
下面分析聲能密度E0與基本聲學量的關(guān)系：
聲場中任意一個質(zhì)量為m0體積為V0的質(zhì)團；
動能：
勢能：質(zhì)團由平衡狀態(tài)（V0，P0）至（V，P）狀態(tài)，聲壓所作的功
圖中陰影部分
所以，聲場中質(zhì)量為m0體積為V0的質(zhì)團的機械能：
據(jù)定義，聲場中單位體積介質(zhì)所具有的機械能為聲場的聲能密度，有：
二、聲能流密度
定義：單位時間內(nèi)通過與聲波能量傳播方向垂直的單位面積的聲能為聲能流密度，它是一個向量。
（MKS）制中，基本單位：J/m2s=W/m2
據(jù)能量守恒定律，參照連續(xù)性方程的推導方法，可得聲能量密度E0與聲能流密度的關(guān)系：
聲能量密度的時間變化率等于聲能流密度的散度的負值。
據(jù)與基本聲學量的關(guān)系式和上式，可得與基本聲學量的關(guān)系：
推導過程中用到三個基本方程（連續(xù)性方程、狀態(tài)方程、運動方程）：
結(jié)論：聲場的聲能流密度為該點聲壓與質(zhì)點振速的乘積，方向為該點質(zhì)點振動的方向。
聲能通過單位面積的能流瞬時值在數(shù)量上等于該點聲壓和質(zhì)點振速的乘積。
聲能流的傳播方向沿著介質(zhì)質(zhì)點振速的方向。
展開 新能源車常說的“電池能量密度”，到底是什么？
什么是電池能量密度？
研究小組發(fā)現(xiàn) 防止氧氣釋放可使高能量密度電池更安全
Nakamura表示：“此次發(fā)現(xiàn)將有助于進一步開發(fā)由過渡金屬氧化物組成的高能量密度和強大的下一代電池。”
-END-
日本開發(fā)新型無負極鋰金屬電池 能量密度高/壽命長
該電芯的重量能量密度為320 Wh kg-1，經(jīng)過300個運行周期后，可保持80%的容量。
該團隊提出的無負極設(shè)計，或?qū)⒂兄诮鉀Q鋰金屬電池的一些常見問題，推動開發(fā)更安全、能量密度更高、壽命更長的鋰基充電電池。
-END-
喜歡本篇內(nèi)容請給我們點個在看
設(shè)計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
03
基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進行疲勞壽命的計算，基于裂紋擴展的基本假設(shè)，考慮拉伸載荷作用和平均應(yīng)力的修正，并給出關(guān)鍵區(qū)域的開裂方向。相對于上面的方法，其分析精度較高。
開裂能密度理論介紹
基于開裂能量密度(CED)的彈性體方法屬于裂紋擴展方法的范疇，該方法假設(shè)材料中總是存在小裂紋，例如尺寸為c0，并且由于循環(huán)載荷，它們會生長，直到達到材料被認為失效的尺寸。假設(shè)初始裂紋尺寸c0是材料的特征參數(shù)，由于循環(huán)載荷，這些裂紋不斷擴展，直到達到材料失效的尺寸cf。裂紋擴展速率r具有冪律的形式：
裂紋擴展速率被定義為每循環(huán)次數(shù)變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環(huán)中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發(fā)生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應(yīng)于Tc的最大裂紋擴展速率。裂紋壽命計算表達式如下：
假設(shè)小裂紋的能量釋放率與裂紋的尺寸c成比例，如下所示：
同時，最大的能量釋放率可以表達為如下形式：
可得出，疲勞壽命的計算公式如下：
應(yīng)該要指出的是，裂紋能量密度不僅取決于應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)，還取決于假定裂紋平面的方向。因此，在實際計算中需要進行關(guān)鍵平面搜索，以評估使疲勞壽命最小化的方向。
橡膠體疲勞案例介紹
以橡膠件，襯套為例，首先在現(xiàn)有的橡膠材料模型參數(shù)的參數(shù)基礎(chǔ)上，需增加用于彈性體疲勞計算的參數(shù)，如下圖所示：
其中，系數(shù)Wmax、rc、N、c0、分別為臨界撕裂能量，最大裂紋擴展速率，指數(shù)系數(shù)，初始微裂紋尺寸。模型計算時不考慮載荷比值的修正。其次，定義橡膠襯套的載荷計算工況。在該案例中，我們先約束襯套的中心和對稱面，同時定義襯套的邊緣沿徑向和軸向同時加載1mm的正弦振動。
展開 新型鋰離子電池：模仿人體脊椎，能量密度高，柔性好！
Yang 表示：“我們原型的能量高密度是目前為止所報道的產(chǎn)品中最高的之一。我們已經(jīng)開發(fā)出一種簡單且可擴展的方案，用于制造這種脊椎般的鋰離子電池，它將具有優(yōu)異的電化學和機械特性。我們的設(shè)計對于第一代柔性商用鋰離子電池來說，是非常有前途的候選方案。我們現(xiàn)在正在優(yōu)化設(shè)計并改善性能。”
南京大學張曄課題組《Angew》：一種高能量密度的鎂空氣電池！
植入式電子器件需要高能量密度且生物安全的能源系統(tǒng)為其供電。鋰、鈉等金屬離子電池能量密度較低，鋅、鋁等金屬空氣電池通常需要使用堿性電解質(zhì)，生物毒性較大。
鎂空氣電池具有較高的理論能量密度，使用中性電解質(zhì)，且鎂生物安全性較高，是一種較為理想的體內(nèi)能源設(shè)備。然而，目前報道的鎂空氣電池實際能量密度低，一方面是由于鎂負極和水系電解質(zhì)容易發(fā)生腐蝕反應(yīng)。另一方面放電產(chǎn)物氫氧化鎂會附著在鎂金屬表面，阻止電解質(zhì)和鎂的接觸，使放電反應(yīng)停止，降低鎂負極的利用率。
南京大學張曄課題組等設(shè)計了一種雙層凝膠電解質(zhì)，實現(xiàn)了對鎂金屬負極的保護以及對放電產(chǎn)物的調(diào)控，獲得了具有高能量密度的鎂空氣電池（2282 W h·kg-1，基于全部空氣電極和鎂負極的質(zhì)量），遠高于目前文獻中采用合金化負極和抗腐蝕電解液等策略的鎂空氣電池。該研究成果以“High-energy-density magnesium-air battery based on dual-layer gel electrolyte”為題發(fā)表于國際知名學術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學》（Angewandte Chemie International Edition）。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202104536
雙層凝膠電解質(zhì)是由聚氧化乙烯有機凝膠和聚丙烯酰胺水凝膠組成，兩層凝膠可以形成穩(wěn)定界面，其中聚氧化乙烯有機凝膠有效保護鎂金屬，抑制腐蝕。聚丙烯酰胺水凝膠電解質(zhì)不僅為空氣電極發(fā)生的氧還原反應(yīng)提供了必要的水，而且研究發(fā)現(xiàn)當使用含氯金屬鹽(氯化鋰、氯化鈉)的水凝膠時，鎂空氣電池的放電產(chǎn)物為具有獨特針狀結(jié)構(gòu)的Mg2Cl(OH)3，而不是文獻中通常報道的致密的氫氧化鎂。
展開 合成“金屬氮”能量密度為TNT十倍多
在極端高溫高壓條件下，氮分子會發(fā)生一系列復雜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)變化，比如分子發(fā)生解離進而發(fā)生聚合作用形成聚合氮或進一步形成“金屬氮”，這兩種形態(tài)的氮材料都是典型的超高含能材料，是目前常用炸藥TNT能量密度的十倍以上，如果能作為燃料應(yīng)用于載人火箭一、二級推進器，有望將目前火箭起飛重量提升數(shù)倍以上。然而，“金屬氮”并不容易獲得，需要高達百萬大氣壓(GPa)的極端高壓和幾千度的高溫條件。
科研人員以普通氮氣為原材料，引入了脈沖激光加熱技術(shù)和超快光譜探測方法，建成了集高溫高壓產(chǎn)生及物性測量的原位綜合實驗系統(tǒng)。利用綜合實驗系統(tǒng)，研究人員獲取了高達170GPa、8000K高溫高壓極端條件，并在此條件下原位研究了氮分子在絕緣體—半導體—金屬轉(zhuǎn)變過程中的光學吸收特性和反射特性，確定了氮分子解離的相邊界及“金屬氮”合成的極端壓力溫度條件范圍，原位光譜分析研究也進一步證實了實驗中確實合成了具有半金屬性質(zhì)的聚合氮和具有完美金屬特性的“金屬氮”。
該成果不僅能夠?qū)ζ渌问礁吣艿牧系暮铣商峁┲笇В矠槲磥怼敖饘贇洹钡某晒铣傻於酥匾A(chǔ)。
文章來源：科技日報
展開 設(shè)計仿真 | 基于開裂能量密度方法的橡膠件疲勞壽命分析
03基于開裂能量密度
? 通過開裂能量密度的方法進行疲勞壽命的計算，基于裂紋擴展的基本假設(shè)，考慮拉伸載荷作用和平均應(yīng)力的修正，并給出關(guān)鍵區(qū)域的開裂方向。相對于上面的方法，其分析精度較高。
開裂能密度理論介紹
基于開裂能量密度(CED)的彈性體方法屬于裂紋擴展方法的范疇，該方法假設(shè)材料中總是存在小裂紋，例如尺寸為c0，并且由于循環(huán)載荷，它們會生長，直到達到材料被認為失效的尺寸。假設(shè)初始裂紋尺寸c0是材料的特征參數(shù)，由于循環(huán)載荷，這些裂紋不斷擴展，直到達到材料失效的尺寸cf。裂紋擴展速率r具有冪律的形式：
裂紋擴展速率被定義為每循環(huán)次數(shù)變化的裂紋尺寸變化dc/dN。其中，Tmax是加載循環(huán)中的最大能量釋放率（撕裂能量）。Tc是立即發(fā)生斷裂的Tmax的臨界值，rc是對應(yīng)于Tc的最大裂紋擴展速率。裂紋壽命計算表達式如下：
假設(shè)小裂紋的能量釋放率與裂紋的尺寸c成比例，如下所示：
同時，最大的能量釋放率可以表達為如下形式：
可得出，疲勞壽命的計算公式如下：
應(yīng)該要指出的是，裂紋能量密度不僅取決于應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)，還取決于假定裂紋平面的方向。因此，在實際計算中需要進行關(guān)鍵平面搜索，以評估使疲勞壽命最小化的方向。
橡膠體疲勞案例介紹
以橡膠件，襯套為例，首先在現(xiàn)有的橡膠材料模型參數(shù)的參數(shù)基礎(chǔ)上，需增加用于彈性體疲勞計算的參數(shù)，如下圖所示：
其中，系數(shù)Wmax、rc、N、c0、分別為臨界撕裂能量，最大裂紋擴展速率，指數(shù)系數(shù)，初始微裂紋尺寸。模型計算時不考慮載荷比值的修正。其次，定義橡膠襯套的載荷計算工況。在該案例中，我們先約束襯套的中心和對稱面，同時定義襯套的邊緣沿徑向和軸向同時加載1mm的正弦振動。載荷加載形式為正弦波，在一個正則時間步內(nèi)完成。
展開 矛頭直指能量密度 電動汽車頻頻著火說明什么問題
而純電動乘用車補貼政策，2017年，在90≤E[能量密度E(Wh/kg)]<120時，補貼系數(shù)為1，2018年的補貼系數(shù)則為0.6；2017年，E>120時，補貼系數(shù)為1.1，2018年，140≤E<160，補貼系數(shù)才為1.1。
目前已有寧德時代、國軒高科和力神電池等多家電池企業(yè)開發(fā)出了電芯單體比能量達300wh/kg的樣品，國內(nèi)提高能量密度的呼聲也是一浪高過一浪。
新能源汽車國家補貼2020年結(jié)束，王子冬認為，其實補貼可以降，但不能過多地提(電池能量密度)指標，在政策的科學性、合理性以及可操作性上，有待商榷。
“不能又降補貼指標，又加新的指標、提高能量密度，這就亂了套了，這樣企業(yè)往往追求能量密度，就不管別的了。其實是有辦法解決的，只是沒有給科學家時間，因為驗證時間來不及了。”
但他和那位主機廠的電池工程師同時也認為安全是相對的，沒有絕對的安全，不能過分偏見，“媒體要容忍，現(xiàn)在鼓勵創(chuàng)新多難啊。”
的確，高能量密度的動力電池是新能源汽車行業(yè)發(fā)展的需求，但首先需要考慮的還是電池安全。企業(yè)應(yīng)該在追求能量密度和安全性之間找到一個合適的平衡點，這才是確保行業(yè)長期健康發(fā)展的做法。
展開 重大《ACS AEM》：高能量密度鋰金屬電池用混合準固態(tài)電解質(zhì)！
此外，固態(tài)電解質(zhì)的使用將促成固態(tài)鋰金屬電池，其提供更高的能量密度，而且固態(tài)電解質(zhì)因為具有寬的電化學穩(wěn)定窗口，可以通過配對高電位正極材料來實現(xiàn)高能量密度電池。
探索具有優(yōu)異離子導電性、寬電化學穩(wěn)定窗口、與鋰金屬相容性好和易于加工的準固態(tài)電解質(zhì)仍然是一個挑戰(zhàn)。
在本項工作中，重慶大學宋樹豐教授團隊將三種材料通過復合混合設(shè)計制備得到了一種鋰金屬電池用混合準固態(tài)電解質(zhì)，其中聚環(huán)氧乙烷用作聚合物主體，并確保了與鋰金屬的界面相容性，高導電性和熱穩(wěn)定性的離子凝膠旨在抑制聚環(huán)氧乙烷結(jié)晶并提高其導電性，而石榴石導體增強了機械和電化學穩(wěn)定性。這種復合混合設(shè)計制備的準固體電解質(zhì)，不僅表現(xiàn)出
7.4×10 S cm?1
的高離子電導率，也將電化學穩(wěn)定窗口擴展至
5.5 V
，且通過
XPS
證明復合混合準固態(tài)電解質(zhì)的相互作用和整體結(jié)構(gòu)，此外，復合混合準固體電解質(zhì)還能抑制鋰枝晶生長。相關(guān)論文以題目為
“Composite Hybrid Quasi-Solid Electrolyte for High-Energy Lithium Metal Batteries”
發(fā)表在
ACS Applied Energy Materials
上。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsaem.1c01281
固態(tài)電解質(zhì)通常分為兩類：無機陶瓷和有機聚合物。與無機陶瓷相比，固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有柔性好、易加工、界面接觸好等優(yōu)點。目前比較流行用作鋰電池電解質(zhì)的聚合物是聚環(huán)氧乙烷，然而聚環(huán)氧乙烷型固態(tài)電解質(zhì)的低離子電導率限制了其在電化學裝置中的應(yīng)用，而離子傳輸是電池中電解質(zhì)最重要的功能。
展開 
研發(fā)氟離子電池 能量密度比鋰電池高10倍
本田研究所（Honda Research Institute）科學家正與加州理工學院（Caltech）和美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）的研究人員合作，一起研發(fā)了一種新型電池化學物，可比現(xiàn)有電池中采用的材料能量密度更高、更環(huán)保。
研究團隊通過克服目前氟離子電池（FIB）技術(shù)的溫度限制，演示氟離子電池在室溫下操作的過程，為研發(fā)能夠滿足快速增長儲能需求的高能量密度電池開辟了新機會。
本田研究所首席科學家Christopher Brooks博士表示：“氟離子電池提供了一種前景廣闊的新型電池化學物質(zhì)，其能量密度是目前鋰電池的十倍。與鋰離子電池不同，氟離子電池不會因過熱而造成安全風險，而且獲得氟離子電池原料所產(chǎn)生的環(huán)境影響遠小于提取鋰和鈷造成的環(huán)境影響。”
氟離子電池提供了一種具吸引力的替代方案，可以替代其他類型的高能量電池，例如基于鋰或金屬的氫化物化學的電池，此類電池通常受到電極固有特性的限制。由于氟的原子質(zhì)量低，基于該元素的可充電電池的能量密度非常高，理論上比鋰離子電池高10倍。但是，雖然氟離子電池被認為是“下一代”高能量密度儲能設(shè)備，但是受溫度要求的限制。
目前，固態(tài)氟離子電池需要在150攝氏度以上的高溫下工作，才能使電解質(zhì)具導電性。為了解決該問題，研究人員找到一種方法，使氟離子電池能夠在室溫下工作。研究人員利用溶解在有機氟化醚溶劑中的干燥的四烷基銨氟化物鹽開發(fā)出了此種電解質(zhì)，當與具有銅、鑭和氟的核殼納米結(jié)構(gòu)的復合陰極配對使用時，研究人員證明了室溫下可逆的電化學循環(huán)。
未來，氟離子電池可為電池驅(qū)動的電動汽車提供動力，該電池容量高的特性使其成為電力產(chǎn)品的理想選擇。
來源：蓋世汽車網(wǎng)
展開 同時解決兩個瓶頸，實現(xiàn)高能量密度全固態(tài)鋰電池
因此，這項研究提供了一個非常有前途的固體電解質(zhì)設(shè)計策略，以同時滿足高離子電導率和良好的界面相容性，從而實現(xiàn)高能量密度全固態(tài)鋰電池。
圖1|帶有3D硫化物骨架的原位集成ASLB示意圖。
圖2| p-LPSCl的結(jié)構(gòu)分析
圖3| 3D復合材料的表征。
圖4|σLi+和不同固體電解質(zhì)的促進因子。
圖5| Li+在3D復合材料內(nèi)的遷移行為。
圖6| 原始和熱處理后的鋰-鋰對稱電池的電化學阻抗譜圖
圖7| ASLBs的電化學性能。
圖8|(a)原位集成NCM811|3D復合材料|Li的循環(huán)行為。
總之，高導電3D復合材料是通過在自支撐3D多孔骨架(p-LPSCl)內(nèi)原位聚合PEGMEA單體而制備的。3D復合材料在室溫下的離子電導率為4.6×10-4S·cm-1。值得注意的是，通過將3D復合材料原位集成到ASLBs中，界面阻抗從709 Ωcm2顯著降低到112 Ωcm2。LiCoO2|Li和NCM811|Li的堿性電池表現(xiàn)出138和193 mAh/g的高初始放電容量，隨后循環(huán)電流效率超過99%。因此，這項工作提供了一個非常有前途的設(shè)計固體電解質(zhì)的策略，以滿足高離子電導率，進而保存良好的陰極微結(jié)構(gòu)和界面相容性的實際全固態(tài)電池。
（文：SSC）
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉(zhuǎn)載請聯(lián)系，未經(jīng)許可謝絕轉(zhuǎn)載至其他網(wǎng)站。
展開 ANSYS如何提取能量結(jié)果（應(yīng)變能，應(yīng)變能密度，應(yīng)變能時程）？ ￥100
而能量是表征物理系統(tǒng)做功的量度，是<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS</a>重要的計算結(jié)果之一。應(yīng)變能(Strain Energy)是應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果計算出來的，由于變形而儲存在結(jié)構(gòu)內(nèi)的能量，包括由于材料塑性而產(chǎn)生的塑性應(yīng)變能。</p>
<p>在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS</a>中，/POST1中觀察整個模型在指定時刻的結(jié)果，而在/POST26中，可以觀察到指定節(jié)點在整個持時范圍的響應(yīng)。本文分別從這兩個方面對ANSYS中能量的提取方法進行介紹。</p>
<ul class=" list-paddingleft-2" style="list-style-type: disc;">
<li><p> /POST1提取應(yīng)變能</p></li>
</ul>
<p>在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/2877" class="jsk-anchor">ANSYS APDL</a>主界面，Main Menu-General Postproc-Element Table-Define Table中依次定義應(yīng)變能和體積，可以顯示包括每個單元的應(yīng)變能和體積數(shù)據(jù)，應(yīng)變能密度=應(yīng)變能/體積。
展開 中國初創(chuàng)公司開始量產(chǎn)固態(tài)電池 能量密度超400 Wh/kg
固態(tài)電池被認為比普通鋰離子電池更安全，而且具有更高的能量密度。該技術(shù)是全球高科技公司的下一代高容量儲能解決方案，旨在改進現(xiàn)有的鋰離子電池，用固體和導電材料取代液體或凝膠形式的電解質(zhì)。
該初創(chuàng)公司的負責人南策文表示，已經(jīng)投資了10億人民幣（約合1.44億美元）用于搭建生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線位于中國東部的江蘇省昆山市，年產(chǎn)能為100兆瓦時，計劃到2020年將年產(chǎn)能提升至700兆瓦時。目前，他們將此類固態(tài)電池主要用于“特殊設(shè)備和高端電子產(chǎn)品中”，但是南策文表示該公司正與一些大型汽車制造商就將該固態(tài)電池用于電動汽車中進行磋商。
據(jù)該公司所說，與容量為250至300 Wh/kg的新一代鋰離子電池相比，其固態(tài)電池的能量密度已經(jīng)超過了400 Wh/kg。
展開 