Optimal assimilation for ionospheric weather – Theoretical aspect

Observation, specification and prediction of ionospheric weather are the key scientific pursuits of space physicists, which largely based on an optimal assimilation system. The optimal assimilation system, or commonly called data assimilation system, consists of dynamic process, observation system and optimal estimation procedure. We attempt to give a complete framework in this paper under which the data assimilation procedure carries through. We discuss some crucial issues of data assimilation as follows: modeling a dynamic system for ionospheric weather; state estimation for static or steady system in sense of optimization and likelihood; state and its uncertainty estimation for dynamic process. Meanwhile we also discuss briefly the observability of an observation system; system parameter identification. Some data assimilation procedures existed at present are reviewed in the framework of this paper. As an example, a second order dynamic system is discussed in more detail to illustrate the specific optimal assimilation procedure, ranging from modeling the system, state and its uncertainty calculation, to the quantitatively integration of dynamic law, measurement to significantly reduce the estimation error. The analysis shows that the optimal assimilation model, with mathematical core of optimal estimation, differs from the theoretical, empirical and semi-empirical models in assimilating measured data, being constrained by physical law and being optimized respectively. The data assimilation technique, due to its optimization and integration feature, could obtain better accurate results than those obtained by dynamic process, measurement or their statistical analysis alone. The model based on optimal assimilation meets well with the criterion of the model or algorithm assessment by ‘space weather metrics’. More attention for optimal assimilation procedure creation should be paid to transition matrix finding, which is usually not easy for practical space weather system. High performance computing hardware and software studies should be promoted further so as to meet the requirement of large storage and extensive computation in the optimal estimation. The discussion in this paper is appropriate for the static or steady state or transition process of dynamic system. Many phenomena in space environment are unstable and chaos. So space environment study should include and integrate these two branches of learning. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

酚醛树脂杂化磷酸盐基复合材料的研究

用酚醛树脂对磷酸盐进行了杂化，并用杂化基体制备了玻璃纤维增强的复合材料。考察了酚醛树脂加入量对复合材料的力学性能、吸水性和介电性能的影响。结果表明，酚醛树脂加入后。磷酸盐复合材料的力学性能明显提高，弯曲强度从50MPa提高到100MPa以上；吸水性显著下降，吸湿率从5．5％降低到1．5％左右；同时复合材料的介电性能亦有改善。     

三维编织复合材料蠕变行为的试验研究

对不同编织结构、不同编织角、不同纤维体积含量和不同应力水平下的三维编织复合材料试件进行了蠕变测试实验,研究了三维编织复合材料的蠕变性能.结果表明,三维四向编织复合材料的蠕变性能低于五向编织复合材料;编织角小的材料抗蠕变性能较好;纤维体积含量高的材料抗蠕变性能较好.并且材料所受应力水平越高,蠕变速率越高.此外,还表明幂指函数可以较好地拟合三维编织复合材料的蠕变曲线.     

铝基复合材料增强体碳、碳化硅和氧化铝表面涂层研究进展

基体与增强体间的界面对金属基复合材料的性质起着重要的作用。通过增强体表面处理和表面涂层可以使界面的性质得以改善。增强体涂层可分为金属涂层、陶瓷涂层 ;单层和多层涂层。涂层的常用制备方法有 :化学镀法、化学气相沉积法及溶胶 凝胶法等。本文针对铝基复合材料三种重要的增强体 :碳、碳化硅和氧化铝表面涂层以及它们对铝基复合材料的界面和性能的影响进行综述     

SY—H1糊状胶粘剂性能研究

SY H1为中温固化的单组分糊状环氧胶粘剂。本文详细介绍了该胶粘剂的固化工艺性能、耐水性能、耐热老化、耐温度交变、室温贮存性能、耐湿热老化、疲劳等综合性能。该胶粘剂具有固化温度低而使用温度较高的特点,在室温下有较长的贮存期,可应用于钢、铝和复合材料的胶接。     

Hf和Zr在高温材料中作用机理研究

在高温合金中,元素Hf和Zr可以促进γ γ′共晶、MC(2)碳化物、M2SC碳硫化物和Ni5M相的形成,改变草书状MC和M3B2成为块状并且通过净化晶界或枝晶间自由态的S来提高这些薄弱部位的结合强度,从而延迟裂纹的形成和扩展.Hf和Zr可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性.Hf,Zr抑制次生碳化物M23C6和M6C的生成,从而提高了合金在高温长时热暴露时的显微组织稳定性.Hf,Zr降低合金的初熔温度,Ni5Hf和Ni5Zr相的初熔被认为是Hf,Zr影响初熔的主要原因.通过1150℃/8h的预处理,Ni5Hf以Ni5Hf γ(C)→MC(2) γ反应或者固溶两种方式被消除.元素Hf可以缩小枝晶间失去毛细管补缩能力和固相线之间的温度范围,还能降低枝晶间液池沟通所需的液体量.在凝固后期枝晶间的富Hf熔体具有很好的流动性、浸润性和趋肤效应,这些都是降低合金热裂倾向、提高合金可铸性和焊接性能的有利因素.具有高的化学活性的富Hf液膜容易在铸件表面形成Hf2O薄层.Hf和Zr是钎焊用中间层合金的降熔点元素.根据凝固过程中富Hf,Zr熔体的成分最终发展出Ni-18.6Co-4.5Cr-4.7W-25.6Hf和Ni-10Co-8Cr-4W-13Zr两种中间层合金,使单晶高温合金的无Si、B连接成为现实.还发展出了定向凝固片状Ni3Al/Ni7Hf2共晶合金,成分为Ni-5.8Al-32Hf和Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W.Ni-5.8Al-32Hf合金的最佳凝固条件为温度梯度G=250℃·cm-1和凝固生长速率R=5μm·s-1;Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W,凝固条件为G=350℃·cm-1和R=1μm·s-1.     

Ti600合金板材的轧制工艺与电子束焊接性能研究

测试研究了Ti600 高温钛合金板材在不同加工及热处理状态下的室温拉伸及高温蠕变性能,分析对比了热机械处理工艺(thermomechanical process-TMP)与常规加工热处理对合金板材组织形态特征与性能的影响规律与内在机制;另外还对Ti600合金板材的焊接性能进行了研究.结果表明:采用热机械处理工艺(TMP)可获得充分生长的片层状团束组织(colony structure),这种类型的组织显著提高了合金的高温蠕变性能.而且合金经电子束焊接后仍然具有良好的综合性能.     

变物性与热辐射对发汗冷却过程的影响规律研究

采用两层k-ε湍流模型对高温条件下有发汗冷却时的矩形槽道内湍流流动和换热进行了数值模拟。计算结果表明:随着冷却气体流量的增加,在发汗冷却壁面附近主流气体的温度梯度大大减小,壁面温度、局部对流换热系数都迅速下降;变物性条件下同时考虑热辐射时数值计算得到的平均St相对值St/S_t0随修正注入率F/St0的变化比已知的常物性条件下的值小;随着高温气体温度的上升,变物性和热辐射对与高温流体接触的表面温度有较大影响,热辐射对壁面温度的影响比变物性更大,而对流换热系数所受的影响不大;当主流为高温气体(如:2500K)、而壁面温度较低时(如:800K)热辐射的影响不大,发汗冷却效果仍然很明显。      

过渡金属元素 X（X ＝W，Mo，Cr）对 RuAl合金抗氧化性影响的机理

基于密度泛函理论的第一性原理,通过计算 RuAl 合金氧化物 Al2 O3和 RuO2的氧化能,考察过渡金属元素 X （X ＝W,Mo,、Cr）加入到 RuAl 合金后的占位及对氧化物 Al2 O3和 RuO2的结构稳定性影响。研究表明：经过渡金属元素 X 合金化后,Al2 O3和 RuO2的氧化能均有所增大,增大 Al2 O3氧化能的顺序为：W ＞Mo ＞Cr;增大 RuO2氧化能的顺序为：Mo ＞Cr ＞W,且 RuO2氧化能增大幅度大于 Al2 O3。通过态密度、电荷密度等因素的分析,阐明了 W 对提高 RuAl 抗氧化性能的根本原因是降低了 Al-O 和 Ru-O 的共价键特性,增加了 Al-O 和 Ru-O 的离子键特性;金属元素 X（X ＝W,Mo,Cr）可阻碍 RuAl 金属化合物发生内氧化过程,有利于在 RuAl 表面层的横向方向上形成连续性致密的 Al2 O3氧化层。     

不同冷却介质下多道次搅拌摩擦加工对 AZ91镁合金组织和性能影响

对铸态 AZ91镁合金板进行了三种不同冷却条件下的多道次搅拌摩擦加工,即两次空气、一次空气和一次水下、两次水下的搅拌摩擦加工,并对其组织和力学性能进行了研究。研究结果表明：在多道次搅拌摩擦加工过程中,剧烈的塑性变形使搅拌区内呈网状的第二相β-Mg17 Al12显著破碎变成细小颗粒状,搅拌区的微观组织均得到了显著细化,三种不同冷却条件下样品的平均晶粒尺寸分别为5．8μm,1．4μm 和0．8～1μm;两次水下加工的组织更为细小,其显微硬度、抗拉强度和延伸率较其他两种冷却条件下多道次搅拌摩擦加工样品的高,分别为94．7 HV,355．5 MPa 和31．5％。