沙波紋中的缺陷

《沙波紋中的缺陷》是依託蘭州大學，由張錢華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：沙波紋中的缺陷
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：張錢華
• 項目類別：面上項目

項目摘要

青年科學基金項目“沙波紋的形態演化特徵”。我們得到了沙波紋中缺陷種類、數目的測量數據。計算了由於缺陷的存在，對沙波紋拓撲構形的影響情況。初步掌握了各類型缺陷的移動規律，以及它們之間的相互轉換規律。 某個缺陷移動的軌跡並非直線，且非勻速移動，即缺陷的移動與其所處的類型和位置有關。研究了風成床面形態的高度的限制條件。建立了磨蝕過程的物理模型，提出了“磨蝕數”概念。基於項目的執行情況，我們現申請對沙波紋中的缺陷專門進行研究。缺陷對材料的生長過程及其性能有著非常重要的影響，並且們在斑圖動力學中起著重要的作用。其中，條紋狀斑圖中的缺陷有著豐富的時空行為。比如，在磁性薄膜、液晶、斑馬魚、指紋中，觀察到了周期性條紋中缺陷的形態，以及它們的產生，移動，湮滅等過程。我們計畫用實驗，數值模擬等手段，詳細研究風成沙波紋中缺陷的產生，移動軌跡，相互轉變情況等。

結題摘要

缺陷對材料的生長過程及其性能有著非常重要的影響，並且它們在斑圖動力學中起著重要的作用。沙波紋中的缺陷有著十分豐富的行為，而且它們對沙波紋的形態有著顯著影響。在本研究項目中，我們通過野外沙漠中沙丘表面沙波紋的測量，得到普通沙丘表面沙波紋缺陷發生的密度和類型分布。由此進一步計算出帶有不同缺陷的沙波紋發生的機率。我們進行了野外觀測及風洞實驗，跟蹤了沙波紋中缺陷移動的軌跡。在沙波紋的移動過程中，缺陷也隨之前移，其軌跡為S形曲線，並逐漸橫向縮短。缺陷最後一般會成對的湮滅消失。偶然會發生缺陷向後移動的情況。如果預先在平坦沙床上刻留平行條紋、方形紋，或蜂窩形等不同形態、不同幾何尺寸的印痕，則這些痕跡在風力條件下最終向平行波紋轉變。另外，用高速相機和雷射光源，觀察沙波紋橫截面在風沙流作用下的形成和演化過程。我們進行了計算機模擬。利用計算機給出的隨機初始平坦但有細小不同起伏的床麵條件，觀察後續演化形成的沙波紋缺陷形態，數目的變化情況。通過大量的重複模擬發現，在相同外部條件下，經過相同的時間演化形成的缺陷個數變化很大。同時還大量模擬了在大幅面積上缺陷的聚積情況。發現它們並不是均勻分布的。最後進行了人工位錯計算機模擬。預先給定規則的正弦形態的成熟沙波紋，然後移動整排的小段沙紋，使得人為產生整體上的微小錯開。當這些錯開的沙脊正好位於原來的沙波紋中間時，隨著時間的變化，它們會隨機選擇上風方向或下風方向的鄰近沙脊進行連線，這個過程導致缺陷的產生。有時候會形成斜向的沙波紋。我們的工作較為詳細地研究了對沙波紋中缺陷生成，移動，以及缺陷的數目，類型，朝向等的變化。可以為其它系統中的缺陷研究提供對照和參考。