金属基纳米复合材料的制备技术研究

综述了复合材料家族中的新成员——金属基纳米复合材料制备技术的国内外研究现状和本课题组近期取得的研究成果，对6大类工艺方法的机理、特点、适用范围和现阶段开发程度，以及由这些制备工艺所开发出的新材料的优异的机械、物理、化学性能进行了全面分析，并综合评价了各种工艺的优缺点。在展望金属基纳米复合材料广阔的应用前景基础上，指出了其制备技术未来的发展方向。     

直接金属粉末激光烧结温度场的数值模拟研究

初步建立了用于模拟直接金属粉末激光烧结过程中传热行为的数学模型，该模型考虑了诸如传导、辐射和对流等与烧结有关的热现象。给出了固相、液相和气相共存的金属粉末烧结体系导热系数的计算方法。考虑到激光束的持续移动，采用了坐标原点位于光斑中心的动坐标系来简化方程的求解计算。在绝热边界条件和热物性参数恒定的假设下，求得了在基模高斯光束近似作用下热传导方程的解析解。运用FORTRAN语言编写了运算程序．并对铜粉激光烧结的温度场进行了数值模拟，模拟结果与初步实验结果较为吻合。     

金属基复合材料的切削加工

选用四种切削性能优良的刀具材料：细晶粒硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石，对两种典型的金属基复合材料即氧化铝纤维增强与碳化硅颗粒和氧化铝纤维混杂增强铝基复合材料的切削加工性进行了全面深入地研究。结果表明：加工混杂增强铝基复合材料时，聚晶金刚石刀具的磨损阻力最大。而加工纤维增强复合材料时，细晶粒硬质合金刀具的磨损率低、工件表面完整性好且加工成本最低。本文对刀具的磨损机理也进行了深入探讨。最后，从刀具磨损和表面完整性观点出发，给出了加工不同金属基复合材料的最佳刀具材料。     

模具钢堆焊金属的强度与变形对热疲劳抗力的影响

对两种模具钢堆焊金属（3Cr2W8和HM3）进行了外加约Coffin型热疲劳试验。试验表明，模具堆焊金属的热疲劳抗力由其变形的难易程度决定：变形越困难，热疲劳抗力越高。研究进一步表明，材料变形的难易程度又与变温循环过程，热疲劳试样拉伸应力的增加和材料屈服强度的降低有关。屈服强度的降低是由于在循环过程中，材料的组织发生了动态变化，如动态回复、动态再结晶及第二相粒子的析出与聚集；拉伸应力的增加是由于微观组织中应力松弛的结果。     

金属结构损伤复合材料微波修复的实验研究

研究一种利用微波修复金属结构损伤的新技术,阐明了微波修复机理,探讨了界面形成与快速固化理论。复合材料微波修复通过在修复区注入微波吸收剂提高导电磁率来吸收微波辐射,并将微波能转换为热能,利用特殊设计的微波施加器发射微波可以使热量直接加在修复区而不加热整个结构。本文还提供大量的实验数据,表明微波修复试件的强度高于传统方法修复的试件,微波修复技术适合于现役飞行器在各种环境下的外场快速修复。     

机械加工对烧结金属多孔材料孔隙的影响

建立了烧结金属多孔材料连通孔隙形成的模型,通过控制机械压制压力获得了一定孔隙率的金属多孔材料。为了拓展烧结金属多孔材料在工业领域中的应用,文中研究了放电线切割、水切割和磨削加工对材料表面孔隙结构及材料透气性的影响,采用扫描电镜和显微镜分析了材料加工后表面上孔隙的形貌。实验结果表明,放电线切割、水切割和磨削对烧结金属多孔材料加工之后,材料被加工的表面孔隙被部分堵塞,材料的透气性有一定程度的降低,但材料内部的孔隙仍有较好的连通性。     

渐进成形在雷达天线制造中的应用基础

论述了渐进成形在雷达天线制造中的应用,包括支撑模型的制造、成形定位、以及天线的成形过程.研究表明,在正成形过程中成形工具与支撑模型之间的间隙和成形中的二次定位是影响成形质量的重要因素.关于成形质量控制问题存在两方面:(1)成形工具与支撑模型之间的间隙控制必须严格遵循零件厚度分布的余弦规律;(2)准确的二次定位.     

异种金属结构电偶腐蚀的边界元仿真及验证

海军某型航空装备在海洋环境下长时间服役后,铸铝合金壳体会与海军黄铜导轨接触,导致电偶腐蚀。为研究不同条件对其电偶腐蚀的影响,基于Nernst Plank方程和边界元方法,以结构几何形状、材料极化数据和电解液性质为输入,建立了裸露电偶电极的仿真模型,探索了模型有效性和可靠性的实验室验证方法。结果表明,同一环境下,ZL115 T5铸铝合金电位低于C41500海军黄铜电位,在电偶腐蚀中充当阳极;随着电解液浓度、结构表面液膜厚度增大,电偶腐蚀将愈加剧烈;裸露电极电偶电流及表面电位的实测值和仿真值吻合较好,所建立的电偶腐蚀边界元模型有效、可靠。     

二维网格局部动态细化的关键技术及其在切削仿真中的应用

为了解决仿真过程中网格畸变导致的计算终止以及计算精度与效率低等问题,本文利用Python对ABAQUS有限元仿真软件进行了二次开发,提出一种二维局部网格动态细化算法。该算法通过研究网格细化准则和细化方法以及物理场的传递过程,完成了整个算法程序的开发,并应用该算法实现了在二维切削仿真中局部网格动态细化。与全局加密网格的模型相比,在保证仿真精度误差为5%以内的情况下,采用局部网格动态细化时计算效率提高了210%。最后,通过试验验证了采用该算法所建立的二维切削仿真模型的准确性,仿真结果与试验结果基本吻合。     

含晶界单层过渡金属硫化物的压电效应研究

在单层过渡金属硫化物（Transition metal dichalcogenides,TMDs）的合成过程中,缺陷是不可避免的,而且缺陷对单层TMDs的物理化学性质有着重要的影响。为了研究晶界（Grain boundaries,GBs）对单层TMDs压电效应的影响,基于密度泛函理论（Density functional theory,DFT）,计算了36种含晶界单层TMDs和36种不含晶界单层TMDs的压电系数。结果表明：晶界的存在会增强单层TMDs的压电效应,这是由于晶界会导致体系产生应变梯度,从而激发了挠曲电效应。压电系数的变化呈现明显的周期趋势,即随着硫族元素相对原子质量的增加压电系数逐渐增大,其中,含晶界的单层MoTe₂的压电系数最大为11.17 pm/V,与单层MoTe₂ （8.74 pm/V）相比,提高了约27.8%。本文的研究结果可以为开发应用于飞行器中的高灵敏度传感器和高精度控制器的设计提供理论指导。