高压条件下Al2O3/Al-10Si组织演变及力学性能

采用热压烧结与高压凝固分别制备了不同压力下Al_2O_3/Al-10Si复合材料,研究了高压对Al_2O_3/Al-10Si复合材料的组织演变规律及力学性能的影响。结果表明,高压凝固Al_2O_3/Al-10Si复合材料由α相,β相和Al_2O_3强化相组成,其中α相呈胞状,在α相晶界处存在少量粒径约为0.1μm的颗粒状β相;对于不同压力下制备的复合材料性能研究发现,凝固压力增加,α相中Si的固溶度增加,显微硬度及拉伸强度也随之提高,显微硬度由热压烧结时的55.3 HV,增加到了5 GPa时的128.1 HV,提高了133%,拉伸强度由热压烧结时的126 MPa,增加到了5 GPa时的702 MPa,这是由于高压导致α相中Si固溶度增加,形成了固溶强化。     

Ti6242合金微观组织差异及其演变对拉伸和疲劳性能影响

典型近α型钛合金Ti6242合金制备盘锻件的综合力学性能与其棒材原始微观组织特征密切相关。本研究选取具有明显微观组织特征差别的3种Ti6242钛合金棒材为研究对象,定量化评估不同Ti6242钛合金棒材锻造态、固溶态和固溶+时效态的微观组织差别和演变规律,并讨论棒材微观组织差别和演变对综合力学性能的影响。研究结果显示具有明显差别的不同棒材微观组织在经历相同的固溶和时效处理后,其初生α相体积分数差别趋于相近,而初生α相的尺寸分布和形状分布等微观组织特征仍保留差别;力学性能结果显示室温拉伸力学性能趋于近似,而低周疲劳和保载疲劳力学性能对微观组织特征较为敏感。对比不同特征组织和力学性能分析结果,具有细小非等轴状且没有明显取向集中分布初生α相的棒材原始组织有助于获得更好的疲劳性能。     

Cu、Li 含量对Mg、Ag、Zn 复合微合金化铝锂合金力学性能及微观组织的影响

通过18个不同Cu(3.24%~4.16%)、Li(0.94%~1.44%)含量的0.4Mg+0.4Ag+0.4Zn复合微合金化Al-Cu-Li合金,研究总结了T8时效处理时Cu含量及Li含量对铝锂合金强度和微观组织的影响,并采用合金中非固溶Cu、Li原子总分数及Cu/Li原子分数比例阐明了强度及微观组织的影响规律及机理。结果表明:合金中时效强化相包括T1相(Al2Cu Li)、θ'相(Al2Cu)和δ'相(Al3Li)。Cu、Li原子总分数及其比例增加,合金中时效强化相总量及T1相比例大,合金强度较高。而Cu/Li原子分数比例较低,δ'相比例增加,T1相比例下降,合金强度降低。     

热冲击环境下涂层/基底界面的微观形貌及元素扩散规律研究

针对热障涂层在高温环境中长期服役的需求,研究热障涂层在热冲击环境下涂层/基底界面形貌演变及元素扩散规律。通过自主搭建的石英灯加热平台对热障涂层进行热冲击试验。利用SEM和EDS对热冲击后涂层/基底界面的微观形貌及元素分布进行分析,利用Boltzmann-Matano扩散模型计算了涂层/基底界面Al元素的扩散系数。结果表明,沉积态的热障涂层中黏结层（BC）主要由β和γ相组成,并且在涂层/基底界面已经出现扩散区;随着热冲击试验的进行,Al元素快速消耗致使BC层和基底间Al元素浓度梯度转变,Al元素开始向外扩散,部分拓扑密堆（TCP）相中富集的难熔元素可以重新固溶到基底中,最终各元素在界面区的分布逐渐均匀;Al元素的扩散系数在热冲击试验开始前为正值,到600次热冲击循环后为负值,且扩散系数的最大值均出现在涂层/基底界面处,距离界面越大,扩散系数就越低。     

固溶处理对一种2xxx/SiC_p铝基复合材料组织和性能的影响

采用快速凝固/粉末冶金工艺制备了一种2xxx/SiCp铝基复合材料,利用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、室温拉伸和硬度等测试方法研究了不同热处理参数对材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:当固溶温度为485℃时,仍有大量未溶解的可溶相θ(Al2Cu),S(Al2CuMg)和极少量不可溶相AlCuFe存在于基体中,随固溶温度的升高,未溶解的可溶相逐渐回溶,当固溶温度达到500℃,可溶相充分回溶,仅剩下含量极少的不可溶相残留在基体中,固溶温度在490~500℃时,复合材料能同时获得较高的强度和塑性;淬火介质(水)温度超过60℃时,复合材料强度开始明显降低;自然时效时间超过60min后,材料的布氏硬度迅速提升,时效强化效果趋于明显。     

大规格B93铝合金棒材的淬透性研究

通过硬度测试、X射线衍射分析、有限元模拟以及TEM微观组织观察等手段研究了大规格B93铝合金棒材的淬透性.研究结果表明,淬火后,越靠近棒材中心,晶内和晶界析出的平衡相(MgZn2)数量越多,尺寸越大,120℃/24h时效后的强化效果就越低;而棒材表面则处于完全固溶状态,组织均匀,时效后析出大量细小弥散的η'沉淀相,合金...     

单级固溶处理对7136铝合金组织及力学性能的影响

通过OM,SEM,DSC差热分析和室温拉伸性能测试,研究了单级固溶处理对7136铝合金挤压板带组织和力学性能的影响。结果表明:合金固溶处理温度越高,时间越长,粗大第二相溶解越多;合金在480℃进行固溶处理时,出现过烧组织特征。随着固溶时间的延长,呈现出晶粒粗化和再结晶组织比例增加的趋势。本合金适宜的单级固溶制度为470℃/4h,再经(120℃/24 h)峰时效处理后,合金抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为698 MPa,47MPa和12.8%。     

热处理对砂型铸造Mg-Gd-Y合金微观组织和力学性能的影响

通过金相观察(OM)、扫描电镜(SEM)以及拉伸测试系统地表征和研究了热处理对砂型铸造Mg-Gd-Y合金微观组织和力学性能的影响。研究表明:固溶态GW94、GW74、GW44合金主要由α-Mg过饱和固溶体、铸态残留相Mg5(Gd,Y)以及固溶过程形成的方块相组成。随着Gd含量的增加,固溶态Mg-Gd-Y合金中方块相的体积分数不断增加;在同一时效温度下,合金达到时效峰值的时效时间缩短;室温下拉伸的固溶态、时效峰值态合金以及200和250℃下拉伸的时效峰值态合金的抗拉强度和屈服强度不断提高(固溶态合金屈服强度先降低后升高),但是伸长率却是不断降低。时效峰值态GW94合金表现出优越的力学性能,室温时其抗拉强度和屈服强度分别为300、247 MPa,而伸长率仅为0.9%;200和250℃拉伸时,时效峰值态GW94合金抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为329、234 MPa和2.6%以及312、233 MPa和2.7%。时效峰值态GW94、GW74合金出现抗拉强度随温度升高而升高的反常力学行为。     

固溶制度对7050铝合金微观组织和腐蚀性能的影响

采用光学显微镜(OA)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段和电化学、浸蚀、慢应变速率拉伸(SSRT)等测试方法,研究不同固溶热处理制度对7050铝合金板材微观组织和腐蚀性能的影响。结果表明:单级固溶将η(MgZn2)相完全溶入Al基体中,而S(Al2CuMg)相仍然大量存在,固溶度低,时效后晶内析出密度低;双级固溶使S相部分溶解,合金晶粒长大,再结晶分数高;逐级固溶使η和S相完全溶解,合金充分回复,时效后晶内析出密度高,再结晶分数低;不同固溶+T6时效态合金的抗应力腐蚀性能从大到小依次为逐级固溶>双级固溶>单级固溶。     

粉末冶金法制备航空青铜含油自润滑轴承

分别以Sn含量均为10wt%的Cu、Sn金属混合粉和Cu-Sn合金粉为原料,采用粉末冶金法(PM)制备了航空青铜含油自润滑轴承.分析了不同原料制备轴承的微观结构和相组成,表征了烧结温度对轴承的径向压溃强度、维氏硬度(HV)和含油率的影响.结果表明:不同原料制备青铜含油自润滑轴承的径向压溃强度、维氏硬度和含油率与烧结温度有密切关系.在780℃以下的烧结,以Cu、sn金属混合粉为原料制备的轴承与以青铜合金粉为原料制备的轴承相比,前者的孔结构更为均匀,而且具有更好的综合性能.     

基于三维裂纹尖端应力场的应力强度因子计算方法

提出一种基于无限大体裂纹尖端弹性应力场理论解的前几项多项式函数,对实际裂纹体弹性应力场有限元解进行拟合来计算应力强度因子的方法.该方法在计算应力强度因子时不需要预先假设裂纹尖端的应力应变状态,应力强度因子计算结果更符合三维裂纹体裂纹尖端实际的应力应变状态.首先基于二维无限大板中心穿透裂纹应力场理论解验证了方法的有效性,探讨了拟合确定应力强度因子需要的多项式应力函数的项数.然后分别以二维大板中心穿透裂纹、三维大体内埋圆裂纹和三维有限厚板中心穿透裂纹的应力强度因子计算为例,通过与无限大板和无限大体应力强度因子理论解以及基于位移外推法和1/4节点张开位移法的应力强度因子有限元解的对比分析,验证了该方法的有效性和合理性.研究表明该方法能够合理反映三维裂纹体裂纹尖端的实际应力应变状态,计算得到的应力强度因子数值更合理.      

含裂纹铆接加筋板应力强度因子的计算

本文提出了选择复连通域边界(多环路)计算J积分的一种新方法,成功地解决了单连通域内有铆接点时计算J积分的问题。文中还提出了一种“虚设铆钉法”,采用这种方法,可利用同一网格有限元模型计算不同裂纹长度下裂纹尖端的应力强度因子,这大大简化了模型准备工作并减少了计算结构总刚度矩阵的工作量。本文采用刚度导数法、J积分法及能量释放率法,计算了含裂纹铆接加筋板的应力强度因子,通过计算结果对比,对各种方法作了粗浅的评价。     

低速下水滴撞击固体表面运动模拟

以水滴撞击飞机部件造成结冰问题为背景,运用level set界面追踪方法,把不可压黏性方程组中的表面张力用level set函数表示,并利用2阶变密度投影算法求解二维不可压Navier-Stokes方程组,数值模拟了低速下的水气界面追踪问题.为了能够处理密度比为1000的水气界面问题,在界面处引入了一定宽度的光滑过渡带宽,进而消除了由于界面两边大密度比引起的数值震荡,由此较为成功地模拟了大水滴在不同表面张力时撞击平板后的形态变化及其运动轨迹.数值实验结果表明本算法可以有效地处理界面处密度比和黏性很大的不可压多相流问题.考虑界面处的表面张力,本算法可模拟不同表面张力下的界面运动变化.      

运动激波对氦气泡变形过程影响的仿真研究

使用水平集方法(Level Set Method)研究超声速气流中氦气泡的变形问题。通过比较全局重构和局部重构两种方法重新初始化符号距离函数(SDF)的效果,发现局部重构更省时,所得结果与实验结果更吻合,而全局重构存在控制误差的优化问题。在此基础上分析了激波强度和角度对气泡变形过程的影响,发现激波强度越大,气泡在相同的位移条件下变形得越明显,并且在相同激波强度下,斜激波对气泡界面变形的作用效果更为明显。     

Planetary Dynamos from a Solar Perspective

Direct numerical simulations of the geodynamo and other planetary dynamos have been successful in reproducing the observed magnetic fields. We first give an overview on the fundamental properties of planetary magnetism. We review the concepts and main results of planetary dynamo modeling, contrasting them with the solar dynamo. In planetary dynamos the density stratification plays no major role and the magnetic Reynolds number is low enough to allow a direct simulation of the magnetic induction process using microscopic values of the magnetic diffusivity. The small-scale turbulence of the flow cannot be resolved and is suppressed by assuming a viscosity far in excess of the microscopic value. Systematic parameter studies lead to scaling laws for the magnetic field strength or the flow velocity that are independent of viscosity, indicating that the models are in the same dynamical regime as the flow in planetary cores. Helical flow in convection columns that are aligned with the rotation axis play an important role for magnetic field generation and forms the basis for a macroscopic α-effect. Depending on the importance of inertial forces relative to rotational forces, either dynamos with a dominant axial dipole or with a small-scale multipolar magnetic field are found. Earth is predicted to lie close to the transition point between both classes, which may explain why the dipole undergoes reversals. Some models fit the properties of the geomagnetic field in terms of spatial power spectra, magnetic field morphology and details of the reversal behavior remarkably well. Magnetic field strength in the dipolar dynamo regime is controlled by the available power and found to be independent of rotation rate. Predictions for the dipole moment agree well with the observed field strength of Earth and Jupiter and moderately well for other planets. Dedicated dynamo models for Mercury, Saturn, Uranus and Neptune, which assume stably stratified layers above or below the dynamo region, can explain some of the unusual field properties of these planets.     

超高燃速多孔推进剂发动机的点火特性

超高燃烧多孔推进剂比常规推进剂点火困难，需要合理调整影响点火性能的参数。研究了推进剂密度、点火空间、喷喉尺寸、喷管堵盖材料和厚度、点火药量和种类对超高燃速推进剂发动机点火特性的影响，并确定了关键因素，得到了良好的综合点火性能。     

铸件凝固温度场有限元分析中界面热阻处理

本文提出一种处理铸件与铸型界面热阻问题的虚拟界面单元法，并给出了有限元计算公式。由于该单元厚度（△l）和铸件/铸型的间隙无关，故可取铸件与铸型间接触表面作为界面单元。针对某一具体金属型铝合金活塞的铸造凝固过程，按考虑和不考虑铸件与铸型间热阻影响两种方法作了有限元计算，通过与实测值相比较。本文提出的算法其计算精度远高于不考虑铸件与铸型间热阻影响的计算结果。     

Change of Electronic Structure and Magnetic Properties with MgO and Fe Thicknesses in Fe/MgO/Fe Magnetic Tunnel Junction

The effects of the thickness of MgO and Fe on the electronic structure and magnetic properties of Fe/MgO/Fe magnetic tunnel junction was studied using the first principle method. Two series of models with MgO of different thicknesses: Fe(3)MgO(t)Fe(3) (t=1,3,5,7) and with Fe of varied thicknesses: Fe(t)MgO(3)Fe(t) (t=3,4,5,6,7) were established. Calculated results show that in all the models the magnetic moment of Fe increases at the Fe/MgO interface and surface as compared with that of the inner layers. The mag-netic moment of each Fe layer was found to be independent of MgO thicknesses, while the spin-polarization of Fe layer at the interface shows a slight change in function of the MgO thicknesses. The tunneling magnetoresistance (TMR) ratio estimated by the Julliere model has the same change tendency as the spin-polarization has, and the largest value is obtained at the MgO thickness of 5 atomic layers. When the Fe thickness increases, the spin-polarization of interface Fe layer follows up an increase with a decrease. The highest TMR value is achieved when the Fe thickness is of 4 atomic layers.     

应力强度因子的区间分析方法

 传统上用来处理不确定性问题比较有效的方法是概率分析方法,本文应用区间分析方法对具有不确定参数的应力强度因子进行估计。该方法以区间数学为基础,将不确定参数描述为区间变量;再利用Taylor级数展开通过区间运算得到应力强度因子的区间范围,从而为工程设计提供可信的数据。区间分析方法优于传统的概率分析方法的是：它不需要预先知道关于不确定参数大量的统计数据信息,并且具有计算方法简便、实用和精度高的特点。最后,通过对两种裂纹情况的计算将区间分析方法和传统的概率分析方法进行比较,说明了该方法的有效性。     

实测数据与标准地磁模型的比较

利用国际标准地磁模型,可以计算出任意点的磁场强度。本文对“风云一号”卫星的磁强计测量数据与标准地磁模型计算结果进行了平静期吻合性的比较。分析了地磁强度绝对值的地理分布规律以及平静期南大西洋磁异常区的数据变化情况,为进一步分析地磁扰动时期的变化情况打下基础。