Thermal Stresses and Cracks During the Growth of Large-sized Sapphire with SAPMAC Method

本文利用有限元法对冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)生长大尺寸蓝宝石单晶过程中的热应力进行了模拟计算,应用临界缺陷理论解释了裂纹的萌生与扩展机理。研究表明,晶体内的热应力主要与晶体生长速率,环境温度和结晶取向有关;较大热应力多出现在结晶界面,放肩、收尾以及直径急剧变化等位置;最大热应力总是出现在籽晶与新生晶体的界面附近。裂纹将在临界缺陷位置产生,并在应力作用下沿a或m面扩展。计算结果与实验结果基本吻合,通过晶体生长系统和生长工艺的改进,对晶体的开裂问题得到了有效的抑制。     

GOI法蓝宝石单晶生长温场优化设计与模拟分析

通过对温场的数值模拟计算,发现外加轴向、径向温度梯度能够提高界面稳定性,减小熔体热对流,有利提高晶体的生长质量.根据大尺寸蓝宝石晶体生长的温场要求,对常规的GOI法晶体生长炉进行了改造,并设计了独特的加热体形状和隔热屏结构,能够为晶体生长系统提供可控的轴向、径向温度梯度.通过试验比较也证明了改造温场后的单晶炉能够生长出性能较好的大尺寸蓝宝石晶体.     

Study on the Anisotropy of Meniscus in the Growing Sapphire

This study is aimed at predicting the relationship between the meniscus and the quality of the sapphire crystals produced by the micro-pulling and shoulder at cooled center (SAPMIC) technique. As with different orientations, the shapes of the meniscus vary, so an investigation into the anisotropy of the meniscus shapes is very important for the final quality of the sapphire crystal. An effective model to describe meniscus shapes and their formation process has been presented. The model has been applied to a sapphire crystal of 200 mm diameter in order to check its reliability. The results show that the model proves to be useful for forecasting the final shapes of the sap-phire crystal made by the SAPMIC technique.     

各向异性单晶叶片强度寿命研究—第Ⅱ部分:实验研究

单晶叶片技术是提高航空发动机及地面燃气轮机性能、寿命及可靠性的关键技术之一，但单晶材料机械、力学性能的各向异性特性制约了其发展和应用，对其工程应用及应用的理论基础提出了挑战。课题组开展了各向异性单晶叶片强度分析和寿命预测方面的一些研究工作。包括：建立并验证了弹塑性、蠕变滑移本构模型及蠕变持久寿命预测方法；进行了不同晶体取向DD3单晶在不同温度、不同速率或不同温度、不同应力水平下的拉伸试验及蠕变试验，这些实验数据及由其反映的单晶中、高温各向异性特性对单晶材料的应用具有重要意义。此外还进行了某种单晶叶片的实验研究。作为上述研究的应用，对某发动机单晶涡轮叶片进行了强度分析和寿命预测。本文这一部分介绍试验研究工作，本构模型及其应用已在本文第I部分作了介绍。     

镍基单晶合金中空穴绕夹杂形核及后续演化的有限元分析

 采用内聚力单元模拟镍基单晶合金中基体与夹杂之间的界面,对镍基单晶合金中空穴绕夹杂形核及扩张的过程进行了初步的分析。夹杂-基体界面的粘结强度不同,空穴的相对体积分数增长速度存在较大差异。粘结强度越小,空穴越容易形核,空穴扩张的速率越大;粘结强度越大,空穴越难于形核,空穴扩张的速率越小。应力三维度是空穴形核及扩张的主要驱动力,应力三维度越高,空穴形核及扩张的速率越大。应力三维度不同时,基体-夹杂界面开裂的初始位置及裂纹扩展的方式不同。在高应力三维度下空穴的演化由低应力三维度时的形状改变为主变为体积膨胀为主。Lode参数对空穴的形核过程及空穴形成后的扩张有着显著的影响。晶体取向对空穴的形核过程有着显著的影响,不同取向时基体-夹杂界面开裂的初始位置及裂纹扩展的方式不同。晶体取向对空穴的扩张有着显著的影响。在考虑镍基单晶合金的晶体取向相关性时,必须同时考虑Schmid系数、弹性模量和开动的滑移系。     

各向异性单晶叶片强度寿命研究—第I部分:晶体滑移本构模型及应用

单晶叶片技术是提高航空发动机及地面燃气轮机性能、寿命及可靠性的关键技术之一，但单晶材料机械、力学性能的各向异性特性制约了其发展和应用，对其工程应用及应用的理论基础提出了挑战。课题组开展了各向异性单晶叶片强度分析和寿命预测方面的一些研究工作。包括：建立并验证了弹塑性、蠕变滑移本构模型及蠕变持久寿命预测方法；进行了不同晶体取向DD3单晶在不同温度、不同速率或不同温度、不同应力水平下的拉伸试验及蠕变试验，这些实验数据及由其反映的单晶中、高温各向异性特性对单晶材料的应用具有重要意义。此外还进行了某种单晶叶片的实验研究。作为上述研究的应用，对某发动机单晶涡轮叶片进行了强度分析和寿命预测。本文这一部分介绍本构模型及应用，实验研究将在第II部分介绍。     

DD6单晶冷却涡轮叶片模拟试样蠕变寿命研究

研究了DD6单晶冷却涡轮叶片模拟试样中气膜孔对蠕变寿命的影响。分别对带气膜孔和不带气膜孔的薄壁圆管试样进行了蠕变测试,带气膜孔试样作为冷却叶片模拟件,不带气膜孔试样与之比较。900％与1000％的蠕变试验结果表明：在相同应力条件下,壁厚为2．0mm试样的蠕变寿命要比壁厚为1．5mm试样的长,带气膜孔试样的蠕变寿命要比不...     

单晶硅超精密切削表面质量各向异性的研究

分析了单晶硅超精密切削时被加工晶面和滑移面间的相对关系以及单晶硅的力学特性,基于单晶硅超精密切削加工脆塑转变机理,模拟了分别以单晶硅(111)(、110)(、100)晶面为被加工面时的表面质量的各向异性特性。模拟结果表明这些晶面在不同晶向方向上表面质量呈现明显的各向异性特性,而以单晶硅(111)晶面作为被加工面时可以得到最好的加工表面质量。     

激光扫描大直径测量方法研究

提出了一种利用激光扫描原理测量大直径的方法，对其工作原理和光电变换电子学系统作了论述，从理论上分析了激光扫描光学系统的扫描速度特性，并详细讨论了扫描速度误差对测量精度的影响。     

液晶流动可视化方法研究拟似冲击波的内部超声速流

在一个压力一真空超声速风洞中,剪切应力敏感液晶流动可视化技术被应用来研究方管内马赫数2拟似冲击波（pseudo-shockwave）的超声速流动。它主要提供关于整个流动的定性信息,诸如湍流边界层分离、再附着位置以及流动的维数等。而且液晶也反映了表面流线,分离区内的涡流和管道流动的角效应。使用两种不同黏度的液晶分别进行实验,分析黏度对结果的影响。液晶实验的结果与纹影照片所得结果比较吻合,说明了液晶是一个非常有效的流动可视化工具。     

混合法(权函数─—光测技术)在断裂力学中的应用研究

本文采用作者提出的混合法（将光测技术与权函数相结合）,求解了含孔板在不同应力场裂纹的应力强度因子。     

光弹性法测定多裂纹应力强度因子研究

简要介绍了测定裂纹应力强度因子光弹性法的有关原理,并通过对单、双侧多裂纹应力强度因子测试的试验及试验结果的比较分析,确定多裂纹情况的强度因子,为复杂多裂纹结构的安全评定提供必要的依据。     

一种用于光传飞控系统的光纤温度传感器研究

利用半导体光吸收原理，设计出一种光纤温度传感器，它可实现强电磁干扰下高空无人机内的环境温度测量，具有体积小，结构简单的特点。该测试仪用GaAs晶片作为温度敏感元件，采用透射式结构，利用双光束补偿原理消除了光路扰动产生的误差。实验结果表明该传感器在-20-85℃的范围内有良好的温度响应。     

两边角盒强度计算的工程方法研究

以大量角盒试验件的试验实测值为依托 ,对常用的角盒计算方法进行了较客观的评价 ,并在此基础上 ,提出了工程可用的简化计算方法 ,这个方法使用方便 ,且具有工程上可接受的精度 ,因此推荐使用     

基于人为因素的航空安全模糊综合评价研究

人为因素的控制是航空安全事故预防与控制的关键,通过分析人为因素对航空安全的影响,结合各方面专家的研究成果,建立了基于人为因素的航空安全综合评价体系,利用层次分析法确定了各评价指标权重,构建了模糊综合评价模型,并对人为因素对航空安全的影响进行了综合评价,得出了影响航空安全主要人为因素的综合评价等级。研究结果表明,航空安全状态良好,可以达到飞行安全的目的。     

LGDFR法在起落架疲劳强度分析中的应用研究

原型飞机进行改型设计后,由于飞机的重量、重心变化,必将导致改型飞机起落架的载荷发生变化。应用细节疲劳额定值基本方法,利用原型飞机起落架的疲劳试验数据对改型飞机起落架的疲劳强度进行分析,称为起落架细节疲劳额定值方法。该方法较为简单、可靠、实用。     

强光光学零件加工误差频谱分析与控制方法研究

本文利用功率谱密度分析磁流变抛光表面的敏感频率误差,发现走刀步距与中高频误差具有直接的关联性,通过小波算法确定其分布区域后,采用大束径的光顺抛光法对敏感频率误差进行控制,测试结果表明中高频误差得到了有效控制。本研究对强光光学零件加工误差的频谱分析、表征和控制具有指导意义。     

Sol-gel法制备CuSO4,Cu(AC)2掺杂SnO2的气敏性能研究

以溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备纳米SnO2及其不同比例的铜源掺杂物.采用热分析(TG-DTA),XRD等手段对其产物进行表征,利用静态配气法测试了掺杂产物的气敏性能.实验结果表明:采用Sol-gel法制备掺杂SnO2的气敏性能,同时受铜源和掺杂量的影响,且掺杂产物对乙醇不很敏感,但在150℃工作温度下对0.005%的H2S具有36367倍的高灵敏度.     

过渡区球锥气动力特性的桥函数估算与DSMC仿真研究

采用DSMC(DirectSimulationMonte-Carlo)方法模拟球锥体过渡区流动。论文给出了不同Knudsen数球锥绕流流场的温度与压力分布图,以及在不同Knudsen数、不同马赫数条件下球锥阻力系数和底部阻力系数的分布,并将阻力系数模拟结果与桥函数一体化估算结果进行了比较分析。