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1. A multi-scale model for simulation of electrochemically induced stresses on scales of active particles, electrode layers, and battery level in lithium-ion batteries
用于模拟电化学产生的锂离子电池内颗粒、电池层级和电池结构应力的多尺度模型
翻译：李红刚
图1. 多尺度建模示意图：层级和电池级的耦合。
Gupta P, Gudmundson P. A multi-scale model for simulation of electrochemically induced stresses on scales of active particles, electrode layers, and battery level in lithium-ion batteries, Journal of Power Sources 2021; 511: 230465.
2. A data-driven approach for modeling tension–compression asymmetric material behavior: numerical simulation and experiment
一个用于材料的拉压不对称性力学行为建模的数据驱动方法：数值模拟和实验
翻译：李鑫
实验测试和数值模拟是研究材料力学行为的两种有效研究方法。在该文中，提出了一种直接的数据驱动本构建模方法，用于各向同性弹塑性材料的拉、压不对称性的力学行为建模。在该数据驱动模型的框架中，单轴试验测试的数据用于更新应力状态。为了验证该方法的有效性，该文选择了TC4ELI和高密度聚乙烯等两种典型的弹塑性材料开展了实验测试及数值仿真模拟工作。研究结果显示，该方法可以有效地预测弹塑性材料的拉压不对称性的力学响应。该文研究结果充分展示了实验测试与数值模拟相结合的研究方法在研究材料力学行为过程中的必要性。
图2.（a）拉伸、压缩加载变形示意图；（b）考虑拉压不对称性的数据驱动方法示意图；（c）带缺口的拉伸试样数值模拟结果和实验测试结果对比；（d）带缺口的压缩试样数值模拟结果和实验测试结果对比。
Qiu H, Yang H, Elkhodary KI, Tang S, Guo X, Huang, J. A data-driven approach for modeling tension–compression asymmetric material behavior: numerical simulation and experiment. Comput Mech 2022; 69: 299-313.
3. Robust numerical analysis of fibrous composites from X-ray computed tomography image data enabling low resolutions
利用X射线计算机断层扫描图像数据实现低分辨率下对纤维复合材料进行稳健的数值分析
翻译：王焕芳
X射线计算机断层扫描可以提供制造以及使用后材料状态的详细信息。X射线计算机断层扫描辅助工程（XAE）作为一种自动化过程被引入，用于将3D图像数据传输到有限元模型。材料取向分析的结构张量代码的实施与新开发的集成逐点纤维取向映射相结合，可实现易于应用、计算成本低、快速且准确的模型设置。该文所提出方法的鲁棒性在非卷曲织物玻璃纤维增强复合材料上得到证明，能够用于体素尺寸为64 μm（对应于纤维直径的三倍以上）的低分辨率情况。但与基于原始高分辨率扫描的模拟结果相比，所考虑的非卷曲织物复合材料的模拟弹性模量仅被低估了4.7%。
图3.（a）-（d）为不同的图像分辨率：（ⅰ）对支撑束和单向束界面处应力分布的影响；（ⅱ）单向束中应力分布的直方图；（ⅲ）图像分辨率的示例。
[1] Auenhammer RM, Jeppesen N, Mikkelsen LP, Dahl VA, Blinzler BJ, Asp, LE. Robust numerical analysis of fibrous composites from X-ray computed tomography image data enabling low resolutions. Compos. Sci. Technol. 2022; 224: 109458.
4. Interpenetrating interfaces for efficient perovskite solar cells with high operational stability and mechanical robustness
通过渗透界面实现具有高操作稳定性与机械鲁棒性的高效钙钛矿太阳能电池
翻译：张美合
钙钛矿太阳能电池凭借其低成本、高效率与出色的机械灵活性，在光伏领域迅速崛起，然而其操作稳定性与机械柔韧性仍是限制其商业应用的一大问题。以往的报道多是集中于对钙钛矿层与载流子传输层的单独工程设计。在该文中，笔者通过合成相互渗透的钙钛矿/电子传输层界面，提出了钙钛矿和电荷传输层的整体设计。该界面通过含有过量有机卤化物的二氧化锡层和含有过量卤化铅的钙钛矿层之间反应形成。通过开尔文探针力显微镜（KPFM）探测OIHP / ETL相互穿透界面的电位分布。通过监测瞬态光电电压衰减，进一步表征了这两种器件的载流子动力学。FI–SnO2基器件表现出载流子复合寿命τr（72μs）远高于原始 SnO2基电池（30μs）。同时FI–SnO2ETL是在低温下制备的，因此，它更适合沉积在柔性聚合物基底上以制造柔性PSC。结果表明FI–SnO2通过加快载流子传输、改善其界面载流子动力学获得了高达22.2%的高效刚性钙钛矿太阳能电池，其柔性钙钛矿太阳能电池也达到了20.1%。为测试其机械稳定性，利用横截面SEM图像来确定弯折工况下的界面变化。如图所示，经过1000次弯曲循环后，OIHP薄膜开始从原始的SnO2中剥离。而 FI–SnO2基OIHP/ETL 没有明显的形态变化。当弯曲周期达到2500次时，原始的OIHP / SnO2胶片显示出更明显的分层现象，OIHP/FI–SnO2界面仍然完好无损，除了OIHP中出现了一些裂缝。结果表明在2500次循环后PCE保持为原来的85%。
图4.（a）基于FI-SnO2与原始SnO2的刚性PSC的长期稳定性；（b）基于FI-SnO2与原始SnO2的柔性PSC器件的机械耐用性随弯曲周期的变化（40%RH；25°C；最小r为3 mm）；（c）不同弯曲状态下OIHP层中的应变（左图）和弯曲循环后的薄膜状态（右图）；（d)- (e) 不同弯折次数下横截面扫描电镜图像。
Dong Q, Zhu C, Chen M, Jiang C, Zhou Y. Interpenetrating interfaces for efficient perovskite solar cells with high operational stability and mechanical robustness. Nat Commun. 2021; 12: 973.
5. Switchable Adhesion on Curved Surfaces Mimicking the
Coordination of Radial-Oriented Spatular Tips and Motion of Gecko
Toes
模仿壁虎径向导向脚尖与脚趾运动相协调的可控曲面粘附结构
翻译：崔泽森
仿生粘附在生物医学、机器人和航空航天等领域具有广阔的应用前景，然而，在非平面表面上实现强力可调控粘附仍然极具挑战性。该研究受壁虎脚趾滚转抓放运动（图5（a））的启发，开发了一种强力且可调控的粘附结构（PROST），该结构由具有径向吸附尖端的聚二甲基硅氧烷（PDMS）微柱阵列组成。与另外三种缺少尖端、T型尖端、单一取向尖端的粘附结构相比，PROST在具有宽曲率范围的平面和曲面上均表现出良好的吸附效果（图5（b）），同时吸附效果会受到背衬层厚度的影响。结合仿真分析，该文研究了吸附尖端的悬垂宽度对吸附力的影响，发现合适的悬垂宽度是平衡结构粘附力与结构稳定性的关键。此外，由于PDMS可以在丙酮作用下溶胀，通过丙酮刺激即可改变粘附结构的微柱角度，从而模仿壁虎脚趾的弯曲实现快速剥离。该工作为设计弯曲基材上的可控粘附结构提供了一种新的策略。
图5.（a）仿壁虎粘附结构粘附-分离示意图；（b）PROST与三种对比结构在具有宽曲率范围的平面和曲面上的吸附力；（c）不同背衬板厚度下PROST的吸附力；（d）粘附结构分离变形过程。
Shi Z, Tan D, Wang Z, et al. Switchable Adhesion on Curved Surfaces Mimicking the Coordination of Radial-Oriented Spatular Tips and Motion of Gecko Toes. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 31448−31454
6. Effect of delamination on the fatigue life of GFRP: A thermographic and numerical study
分层对玻璃纤维增强热塑性复合材料的疲劳寿命影响：热成像与数值研究
翻译：李爱家
分层是复合材料的一种主要失效模式，为了及时发现和评估材料在疲劳载荷下的分层损伤，该文结合数值方法和热成像疲劳试验开展了玻璃纤维增强热塑性复合材料的分层效应研究。首先，研究人员设计了一种带有初始分层损伤的矩形试样（外形如图6（a）所示）和未损伤的试样，以用于疲劳试验中分层现象的观测。紧接着，该文对两种试样进行了拉伸-拉伸疲劳加载，并且使用了热成像仪记录了每个周期内试样表面的温度变化（如图6（b）所示）。试验结果表明，材料表面的温升能够作为一种参数预测带有分层初始损伤材料的疲劳极限，同时温升的分布数据为疲劳损伤的有限元模拟提供了标定参考。最后，该文使用有限元软件成功模拟了疲劳加载过程中的分层损伤，预测了分层的尺寸和位置（如图6（c），为更多铺层复合材料的疲劳损伤预测和有限元仿真提供了重要参考。
图6.（a）试样的尺寸；（b）单位加载周期的温升曲线和疲劳极限预测值；（c）有限元仿真结果示例
Colombo C, Bhujangrao DT, Libonati F, Vergani L. Effect of delamination on the fatigue life of gfrp: a thermographic and numerical study. Compos Struct 2019;218:152-61.
7. Advanced kinetic-based approach of multistep processes: The case of the pyrolysis of biomass-derived humins
基于动力学的多步骤过程高级方法：生物质衍生腐殖酸的热解案例
翻译：公正
多反应的热解动力学问题由于其反应机理的复杂性导致对其具体的数学描述造成了一定的困难。本文基于两种多步骤动力学方法（多步平行和连续竞争）分析了生物质衍生腐殖酸的热解问题。多步平行反应动力学模型是假设材料内部各组分的反应互相独立互不影响，可用反褶积方法将复杂反应的热重曲线分解为多个单反应（图7a），该方法需要注意的是对称的反卷积函数（高斯、洛伦兹等）在实际计算中会有较大的偏差，具有不对称的函数（对数正态）则具有更好的适应性；连续竞争反应动力学模型是允许各反应之前存在相互影响的作用，包括竞争和连续关系，该方法不需要对热重曲线进行分解但会使得阿伦尼乌斯方程中的反应机理函数变得更加复杂，六种不同的连续竞争动力学模型如图7c所示。计算结果表明，八组分平行反应（多步平行）和MKB模型（连续竞争）都能很好的与实验数据吻合。
图7. (a)基于反褶积函数的多组分分解，(b) 多步平行反应动力学模型拟合结果，(c) 六种连续竞争反应动力学模型，(d)MKB模型的拟合结果。
Julio C´esar de Jesus Gariboti et.al. Advanced kinetic-based approach of multistep processes: The case of the pyrolysis of biomass-derived humins. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2022; 166: 105605.
