铀表面铝镀层热应力分布

铀是非常活泼的金属，在大气环境中很容易发生腐蚀，通过磁控溅射方法，在铀表面镀铝可以对铀起到很好的防腐蚀效果，但经过磁控溅射以后，薄膜内会产：生应力，从而影响了铀表面铝镀层的结合强度及使用性能。一般认为，薄膜内的应力来源于两个方面：一是热应力，二是生长应力。热应力是由于薄膜与基体热膨胀系数不同经温度变化引起的，而生长应力则来自于薄膜与基体物理性质的不同，以及薄膜中的结构缺陷。对于一种确定结构的膜基体系，生长应力比较固定，而热应力却可以通过磁控溅射工艺进行一定的调整。文中采用热弹塑性有限元分析方法，对铀表面磁控溅射沉积铝镀层的热应力分布进行了研究。     

材料学科研究进展

1核材料 1.1铀表面改性的抗腐蚀性能研究 金属铀因其独特的核性能而具有广泛的用途，但由于其高化学活性而极易在许多环境介质中遭受腐蚀。因此，发展铀表面改性技术，研究镀层对铀抗腐蚀特性的影响备受关注。开展了铀表面脉冲电镀镍技术，磁近代溅射镀铝膜及铝／钛双重复合膜技术和铀表面激光快速熔凝技术研究，分析了镀层的组织结构，测试了镀层的腐蚀特性。研究发现脉冲电镀镍层在铀表面上连续、致密、覆盖完整、界面清晰，具有较好的保护性能铀、铝镀层、铝／钛复合镀层在50μg／g的Cl^-溶液中的腐蚀电位，铀表面铝镀层的腐蚀电位较铀的腐蚀电位低，可以提供牺牲性保护，但铝镀层表面存在微孔隙，会产生点蚀；钛镀层的腐蚀电位较铀高，表面仍然具有微孔隙，会产生点蚀；经过激光快速熔凝处理，铀的抗氧化能力明显增强。这些研究结果为优化铀表面防腐蚀镀层体系提供了技术基础。     

金属镀层光纤环的热应力及其引起的弹光效应

为了研究金属镀层对光纤宏弯损耗性能的影响,建立了带金属镀层的光纤环所受热应力及热应力引起的弹光效应的数学模型。计算了金属镀层光纤环的热应力系数和折射率热应力系数。仿真分析了光纤环向热应力系数Kθt、径向热应力系数Krt和折射率热应力系数Kn的主要影响因素。结果表明:Kθt远大于Krt,光纤主要受到环向热应力,径向热应力可忽略;热应力及其引起的折射率变化与径向位置和镀层厚度有关,与光纤环的弯曲半径基本无关;镀层厚度在0~2000μm范围内,随着厚度增加,Kθt和Kn均会先快速增大,再缓慢增大并趋于稳定;Kn为负值,随着温度增加,热应力将引起光纤折射率逐渐减小。该模型从理论上解释了金属镀层光纤环的热应力会引起光纤折射率变小,从而改变光纤的宏弯损耗。     

片状热容激光器热效应有限元分析

 基于激光介质的非均匀内热源模型，利用有限元数值方法，模拟计算了热容模式下高功率激光二极管阵列(LDA) 重复脉冲泵浦片状激光介质的瞬态温度分布和热应力分布及其波前畸变和应力双折射。结果表明:热容模式下，当增益介质不能够被全口径泵浦时，也会出现严重的热效应，介质的表面靠近边缘处会出现大的拉应力集中，介质表面的最大轴向位移和最大拉应力随泵浦光斑尺寸缩小而增大；而当全口径泵浦时，介质表面热形变大大减弱，较小的拉应力存在于介质内部，而且泵浦光斑和介质的几何形状对热分布有很大影响。结果还表明，介质片表面变形和热光效应是产生波前畸变的主要原因，而热应力双折射产生的附加相移与激光介质的切割方向有关，它对光束产生较大的退偏作用，从而影响激光器的输出性能。理论模型得到了实验结果的验证。     

LD端面泵浦薄片激光器的温度和热应力分布研究

为了分析薄片激光器的热效应,建立了LD端面泵浦薄片激光介质的数值模型。考虑到介质与空气的对流换热和介质材料的热力学参数随温度的变化,根据经典热传导方程和热弹性方程,运用有限单元法,得出了介质内温度和热应力的时空分布,分析了温度和热应力与泵浦功率、换热系数和时间的变化规律。模拟结果表明:热破坏主要为前表面光斑外侧的拉伸破裂;温度和应力的上升时间和热恢复时间随泵浦功率的变化不是很明显,随换热系数的增大而减小,但随着换热系数的增加,温度和应力的变化越来越小。     

铀与UO2表面铝薄膜生长行为的俄歇电子能谱分析

主要利用俄歇电子能谱（AES）原位分析了室温下铀与UO2表面铝薄膜的生长行为。在俄歇电子能谱仪超高真空室中，利用Ar^＋枪溅射铝靶，使其沉积到铀基体上，然后利用电子枪适时采集表面俄歇电子能谱，原位分析铝薄膜的生长过程。在UO2表面沉积铝膜时，先往真空室中充入氧气，将清洁铀表面氧化成UO2，然后再溅射铝靶原位沉积制备铝薄膜。     

YBCO高场内插线圈的应力分析研究

YBCO内插线圈绕制过程中施加的绕制预紧力、降温过程中的热应力以及通电运行时产生的电磁力,是内插线圈应力的主要机械载荷。内插线圈中YBCO导体中的应力是影响线圈超导性能的主要因素之一。文中采用有限元方法,针对一个25T的YBCO内插线圈,通过建立3D仿真模型,从绕制预紧力、冷收缩和洛伦兹力等应力载荷出发,依次分析了YBCO涂层导体在三种载荷下的应力分布特点。进一步采用细化线圈模型,得到了YBCO带材层状结构中不同材料的应力分布特点。研究结果可为高场内插线圈的工艺设计提供依据。     

SiO2对多层GaN外延片热应力分布影响的仿真分析

为了研究SiO2对多层结构GaN外延片的热应力的影响,以直径d为40 mm的GaN外延片为研究对象,利用有限元分析法分别对蓝宝石/AlN/GaN和蓝宝石/SiO2/AlN/GaN这两种光阴极组件外延片表面热应力进行理论计算和仿真。在其他结构参数相同的情况下,分别分析了两种光阴极组件外延片径向和厚度方向的应力分布,分析了外延片热应力分布及影响因素。分析结果显示:在1 200 ℃的生长温度下,径向区域内的热应力分布比较均匀,厚度方向的热应力均在衬底和外延层的界面上发生突变。最后分析了外延片生长温度、蓝宝石衬底和GaN、AlN过渡层厚度对表面热应力的影响。     

铀与表面铝薄膜界面反应的俄歇电子能谱分析

主要利用俄歇电子能谱（AES）研究了室温下铀、UO2与表面铝薄膜之间的界面反应，以及退火对界面反应的影响。在俄歇电子能谱仪超高真空室中，利用Ar^＋枪溅射铝靶，使其分别逐步沉积到铀基体与UO2表面上，然后利用电子枪适时采集表面俄歇电子能谱，研究膜基界面反应。     

热容型板条激光器3种介质的温度和应力分布比较

阐述了热容型板条激光器重频工作方式下瞬态温度分布和热应力分布解析模型,对Nd∶glass,Nd∶YAG和Nd∶GGG3种介质的温度和热应力分布进行了数值计算和对比分析.结果表明:3种介质的温度分布和应力分布呈现相同的变化趋势.Nd∶glass的温度梯度比其他两者大,Nd∶YAG和Nd∶GGG温度变化非常接近;Nd∶YAG的应力较大,Nd∶GGG次之,Nd:glass最小,但三者差距不大.考虑到三者承受的最大断裂阈值,Nd∶GGG最好,Nd∶YAG次之,Nd∶glass较差.     

透明光学材料中缺陷吸收激光能量引起的热应力与断裂

 利用热弹性理论分析了在光学材料中由于缺陷吸收激光能量引起的温度和热应力分布，并且针对一个简单的裂纹模型分析了热应力产生的应力强度因子，并且给出了一些主要参数对于应力强度因子的影响的规律。     

外力作用下熊猫型保偏光纤应力双折射分析

根据光弹性理论，列出熊猫型保偏光纤内的应力方程。由于保偏光纤具有轴对称性，故可以在分析过程中略去应力的轴向分量。利用傅里叶级数展开法分析了仅存在固有热应力时熊猫型保偏光纤内的应力分布，并进一步分析了外力作用下熊猫型保偏光纤的应力分布及应力双折射随应力分布所发生的变化。利用MATLAB进行了数值模拟，给出应力双折射量B随外力的变化曲线，并讨论了随应力区参数的增大，双折射量B先减小后增大的性质。     

环形激光二极管抽运棒状激光器中瞬态温度和热应力分析

直接从激光二极管发光强度的角分布出发,采用光线追迹方法获得激光棒内的热沉积分布,在此基础上采用热传导模型和热力模型,比较了不同抽运功率、不同棒半径下达到稳态温度分布的时间,并且对稳态和瞬态热应力进行了详细模拟计算。结果表明,采用环形激光二极管阵列侧面抽运的棒状激光器中的热效应问题十分严重,不同的抽运结构参量下,温度分布不同;达到稳态所需时间随棒半径增大而增加,而不受抽运功率的影响;抽运功率越大,棒内温差增大,热应力也越大;热破坏主要集中于激光棒中心区域和表面区域。     

外部流场对激光加热运动目标影响的数值模拟

 考虑激光与运动目标相互作用的基础上，利用有限元方法分析了亚声速条件下运动目标在激光辐照全过程的温度场和热应力场的分布与演化规律。结果表明：高速流场的存在，导致了明显的冷却效应；加热过程中目标材料出现了屈服，导致激光熄灭后结构内出现残余应力和变形；激光辐照区边缘产生很高的温度梯度和应力梯度，并且由于气流影响，受辐照区域前后两端应力分布不对称。     

插管式内翅片管高温应力特性的数值研究

本文采用ANSYS软件对插管式内翅片管的高温应力特性进行了数值研究，数值模拟结果表明，高温是产生大应力和大应变的主要原因，在内翅片与内管焊接的部位存在较大的应力区，在焊接过程中要保证此处的焊接质量，插管式内翅片管相对于传统内翅片管具有大幅降低热应力的优点，同时在承受高压方面也比原表面回热器具有更大的优势。     

金属纳米线应力分布特征的原子级模拟研究

运用分子静力学方法结合量子修正Sutten-Chen多体力场研究了Ni纳米线在平衡状态下的应力分布特征，考虑了三种不同取向的纳米线，即轴线方向分别沿［100］，［110］和［111］方向的纳米线.计算的结果表明：由于表面张应力的作用，纳米线在弛豫过程中沿轴线方向长度发生收缩；纳米线从表面向中心区域呈现出由张应力向压应力连续分布的特征.随着纳米线直径的增加，纳米线的表面区域的张应力先上升，然后略有下降，并趋向一个非零的常值；而中心区域的应力则属于压应力，其值随着直径的增加显著地减小，并趋向于零值.无论是轴向     

材料弹性系数对晶硅铸锭内部热应力场的影响

针对工业用晶硅铸锭定向凝固炉建立二维非稳态全局传热模型和热应力计算模型。基于二维热应力计算结果,建立三维位错密度计算模型。对比分析了长晶过程中硅材料弹性系数模型对晶硅铸锭内部热应力分布及其大小的影响。研究表明,弹性系数模型的选取对于晶硅铸锭内热应力分布趋势影响不大,但对铸锭中心处以及靠近壁面处的热应力大小有显著影响。在长晶过程中,弹性系数可视为常数。弹性系数模型引起的热应力差异对位错密度模拟结果也会产生一定的影响。     

BOTDA光纤传感技术在光纤环圈质量评估中的应用

在分析光纤环对陀螺整体性能影响的基础上,提出将BOTDA光纤传感技术用于光纤环质量检测。通过对光纤环的在线检测、热应力检测和骨架性能影响测试,能及时发现并消除光纤绕制中的应力尖峰及换层现象,消除由骨架、热应力引起的光纤应力曲线反转现象。     

高功率薄片激光介质温度与应力数值模拟

Nd：YAG薄片激光介质一个表面采用二极管阵列泵浦，另一个表面冷却的工作方式，可以使薄片径向温度分布近似均匀，从而降低介质的热透镜效应和热致应力双折射。针对Nd：YAG薄片激光介质的热效应问题建立了理论计算模型。分别计算了在不同泵浦条件下薄片的温度分布和应力大小，薄片泵浦条件变化与应力的关系，以及在Nd：YAG薄片与Cu冷却器之间增加与Nd：YAG热膨胀系数相近的介质层材料（复合金刚石）对应力影响的关系。     

K9玻璃在脉冲CO_2激光作用下的热应力分析

根据已建立的理论模型,计算得到了K9玻璃受脉冲CO_2激光辐照时产生的热应力分布,研究了热应力的时间特征,在分析样品尺寸对损伤结果影响的基础上,提出了K9玻璃抗激光损伤的最佳半径。结果表明:K9玻璃产生的热应力损伤主要由环向应力控制,热应力以热冲击波的形式在样品内传播,大小随时间变化而来回振荡,且激光脉冲结束后比激光作用时间内产生的热应力要大。这说明若样品在激光加热期间产生的热应力不足以造成材料破坏,则有可能会在其后的冷却过程中产生更大的热应力,材料将会在冷却过程中发生破裂。根据样品参数对损伤结果的影响,进一步验证了K9玻璃抗激光损伤最佳半径的通用性。