Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构抗侵彻数值模拟

结合金属/复合材料层合结构的抗侵彻能力,基于混合蜂窝结构低成本、高韧性以及在低速冲击下吸能的特点,设计了一种Al/CFRP(carbon fiber reinforced plastics)/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构,旨在利用各层结构特点,逐步降低弹体速度,高效吸收弹体动能,以达到防护效果。为探究Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构在弹体侵彻下的损伤演化规律及吸能特性,开展了Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构在弹体侵彻下的数值分析,探讨了冲击能量对多层结构抗侵彻性能的影响。结果表明：与Al/CFRP复合结构相比,引入混合蜂窝铝后,结构给予弹体的反作用力增大,在能量不变的情况下,弹体作用板的时间变短。在Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构抗侵彻过程中,Al板和CFRP芯层主要抵抗侵彻以降低弹体速度,混合蜂窝铝主要是吸能。在40 J的冲击能量下,结构总吸能为36.79 J,比吸能为0.217 J/g,蜂窝铝芯层吸能占主要部分,吸能比率为30.3%;随着冲击能量的增大,蜂窝铝芯层的吸能比率增至56.2%,即冲击能量较大时蜂窝铝芯层的吸能效果更好。     

井下恶劣环境冲击波发生器热管理的实验研究

页岩油开采系统面临井下恶劣环境,为了保证设备的长期稳定性,本文提出了一种外部热防护配合内部储热的井下冲击波发生器热管理系统。构建石蜡与泡沫铜的复合相变材料储热装置,并对多种热防护措施进行评估。结果表明,在100℃井下热环境中,外环境对于系统内部电子元件的影响较大;在仅使用空气作为隔热层的情况下,热辐射占比大于30%,而使用酚醛树脂可以有效提升热防护层的等效热阻;然而随着外部环境温度的提升,热防护层的效果逐渐降低。采用热防护结合内部相变储热的热管理方法,可将电子元件持续工作1.5 h时的节点温度控制在90℃以下。     

等离子体科学技术应用专题系列介绍——第九讲 低温等离子体技术在复合材料工业中的应用

复合材料是一种新型材料,它是由两种或两种以上不同物性的基材组合而成的材料,具有单一材料不具备的优异性能.复合材料种类繁多,应用极为广泛,如汽车采用复合材料制造,车重可减轻1/2-1/3,加大了时速,降低了油耗.建筑工业上一些构件采用复合材料,其重量也大大地减轻,如美国纽约的130层世界贸易中心大厦,其重量只相当于20层的混凝土建筑物,减轻了4/5.钛酸锆铝是一种很好的压电晶体,如果把它制成一定的晶形与树脂复合,其压电功率有数量级的增长.传输信息的光导纤维光缆,需要复合材料制成缆芯和护套.存储信息的磁盘本身就是一种由磁粉、树脂和片…     

水下爆炸冲击波在含吸收层结构中的传播规律的数值模拟

 利用ANSYS/LS-DYNA软件,对水下爆炸冲击波在含有吸收层的多层结构中的传播规律进行了数值模拟。结果表明：冲击波在吸收层中的衰减是由泡沫材料自身的本构引起的;在含泡沫材料吸收层的结构中峰值压力仅为不含吸收层的14%,冲击波传播波形发生改变;在含有泡沫混凝土的多层结构中应力波峰值的下降幅度比含泡沫铝的大,但冲击波传播波形的变化不是很明显;泡沫混凝土中的总能量大于泡沫铝中的总能量,因此泡沫混凝土作为防护吸收层要优于泡沫铝。     

气冷屏复合绝热结构传热分析及屏位优化"

由气冷屏、聚氨酯泡沫和变密度多层绝热组成的气冷屏复合绝热结构是一种新型的高效热防护绝热结构,通过对不同环境条件下低温贮箱气冷屏复合绝热结构的传热机理分析,推导了气冷屏复合绝热结构中屏温与屏位的数值计算关系,并在此基础上根据漏热量最小原则对气冷屏复合绝热结构中的屏位进行了优化。结果表明,随着环境条件的不同,气冷屏复合绝热机理不同,气冷屏最优位置也不同。常温常压的地面环境,气冷屏置于SOFI与VD-MLI之间时,低温贮箱漏热量最小,绝热效果最优;真空且温度变化剧烈的空间环境,气冷屏置于VD-MLI最中间时,低温贮箱漏热量最小,绝热效果最优。气冷屏复合绝热结构可进一步降低空间低温贮箱的漏热量,同时能满足地面及空间环境使用要求。     

点火黑腔用铝铜复合芯轴的制备及性能

选取纯度较高的1100铝棒作为加工模芯的原材料,利用金刚石车床精加工出表面粗糙度均方根值小于20 nm的铝模芯,采用磁控溅射的方法在铝模芯上制备厚度大于5 m的铜防护层,得到铝铜复合芯轴。对制备的铜防护层的表面微观结构、结晶性能、厚度一致性进行了分析测试,结果表明磁控溅射法制备的铜防护层沿(111)面择优生长,表面粗糙度均方根值小于30 nm,厚度一致性优于95%,圆柱度小于1 m。镀层与基底结合力强,可满足大厚度黑腔涂层的制备需求。     

表面不透明三层漫反射散射性介质耦合换热

本文采用射线踪迹、节点分析法研究了三层吸收、各向同性散射性介质层内的一维辐射和导热瞬态耦合换热,复合层表面不透明漫反射,介质层交界面半透明漫反射,且半透明漫反射交界面的反射率采用Fresnel反射定律确定。采用一层和二层辐射能量传递模型跟踪辐射能量在三层介质内的传递,从而推导出辐射传递系数。运用辐射传递系数求解辐射源项,在辐射对流边界条件下、采用全隐格式求解瞬态能量方程,并从机理上研究了辐射和导热耦合换热过程。     

铝网防护结构高速正撞击防护性能的实验研究

利用二级轻气炮发射2017-T4铝球弹丸,高速正撞击5052铝网防护结构,模拟空间碎片对航天器防护结构的高速撞击作用,研究了铝网防护结构的高速撞击防护特性。在面密度相同的情况下,分析了影响铝网填充防护结构高速撞击防护性能的铝网尺寸效应及组合效应。实验撞击速度为2.90~4.95km/s,弹丸直径分别为3.97和6.35mm,撞击角为0°。实验结果表明:厚度为0.5mm的2A12铝板对高速撞击铝球的初次破碎能力优于相同面密度的5052铝网层,但作为填充介质,5052铝网层比2A12铝板具有更好的保护后板作用;在一定的丝径范围内,丝径越小,撞击防护效果越好;前网后板填充层比前板后网填充层具有更好的均匀破碎效果。     

高温热物性测试系统的热防护设计

采用稳态法测量高温条件下的材料热物性参数,需设计有效的热防护结构。本文设计了隔热材料和多层金属屏相结合的热防护结构,根据能量平衡方程和同心圆柱面辐射换热方程建立了热防护结构的稳态传热模型。分别讨论了隔热材料热导率、金属屏发射率、隔热材料厚度、金属屏层数对隔热结构性能的影响。结果表明:当选用碳纤维硬毡作为隔热材料,厚度105 mm,金属屏表面发射率为0.05,金属屏层数为5层,可以达到最佳隔热效果。     

混凝土薄板侵彻贯穿问题的SPH数值模拟

随着混凝土结构强度的不断提高,越来越多的防护工事选择混凝土作为主要建筑材料。在光滑粒子流体动力学方法的基础上,提出了TCK-HJC复合本构模型,对锥形弹刚性侵彻过程中混凝土薄板的变形损伤进行数值模拟,采用拟流体模型处理失效的混凝土碎片,分析了不同侵彻角(0°,60°)下锥形弹侵彻混凝土薄板的变形过程,得到了薄板的压力分布以及失效混凝土碎片的飞散角度,并与实验进行对比。结果表明,数值模拟方法是合理的,为进一步研究脆性材料的力学性能奠定了技术基础。     

激光固体靶相互作用产生正电子的模拟研究

采用Monte Carlo程序Geant4对激光固体靶相互作用正电子产生进行了研究。研究了超热电子能量分布函数对正电子产生的影响,结果表明采用不同的分布函数,最多可致正电子产额约3倍的差异,分布函数的最大截止能量在30 MeV以上时正电子产额趋于饱和。研究了正电子产生与超热电子发散角的关联,结果表明发散角模型对正电子产额影响不大,而正电子角分布对超热电子发散角较为敏感,且靶背鞘场对正电子发散角的减小贡献巨大。模拟结果显示靶厚度的增加可导致正电子发散角的增大,而当靶厚度超过2mm时,发散角基本保持不变。此外,模拟了超热电子发散角、靶厚度及靶背鞘场对正电子电子份额比及正电子γ份额比角分布的影响。     

SSRF前端区锯齿墙束流孔洞中子屏蔽的蒙特卡罗估算

主要关于上海同步辐射装置(SSRF)储存环电子引发产生的韧致辐射和中子辐射的研究. 中子和光子经多种组合材 料(厚度在5cm～115cm之间)屏蔽后的剂量特征由蒙特卡罗代码MCNP和EGSnrc估算得到; 蒙特卡罗计算表明, 单一的材料如铅, 铁和聚乙烯对高能中子是无效的生物屏蔽材料, 而组合材料如铅或者铁加聚乙烯和铅或者铁加混凝土被认为是屏蔽高能中子很好的组合材料. 铅铁等高Z材料加点包含有氢的低Z材料如聚乙烯是同时屏蔽高能中子和韧致辐射的一种比较好的组合材料选择.     

Synthesis of new material compositions with special properties under impact-dynamic conditions

This study examines the problems of creating new structural forms under impact-dynamic influence of ionic metal beams on a surface in order to expand the functional properties of iron construction materials. We investigated potential applications under various extreme environmental conditions (corrosion and radiation resistance, thermal stability) to evaluate physical and chemical processes that give rise to new properties which are different from equilibrium conditions for synthesized iron-based composites that include surface alloy compositions. The synthesis of composites was carried out in a vacuum installation equipped with an electroarc evaporator. Double surface iron composite alloys were synthesized using microplasma technology. Penetration depth of the ions of group IV-VI metals into iron was estimated using Monte Carlo methods to model binary collisions. This estimation was consistent with the results of the local X-ray spectrum analysis. Nuclear gamma resonance and local X-ray spectrum analysis was used to assess transformation of the structure of the alloyed materials into new structural forms, changing their properties.     

星载多波段红外光学系统的杂散辐射分析

引入反向蒙特卡罗法与双向蒙特卡罗法对红外光学系统的杂散辐射进行分析,基于光谱辐射传递因子导出了焦平面辐射能流计算式.以某星载多波段红外光学系统为例,在检验计算可靠性的基础上,模拟了各波段辐射能从地球背景和光机内壁面到焦平面的传播过程,分析了壁面吸收率与温度的影响.结果表明,采用双向蒙特卡罗法可有效地模拟辐射能从地球向星载光学系统焦平面的传播过程,采用反向蒙特卡罗法可容易地分析光机内部热辐射的影响;光机内壁面吸收率对视场外杂散辐射的传播有很大影响,温度高于250 K的光机内壁面热辐射成为主要的杂散光源.     

An effective scatter correction method based on single scatter simulation for a 3D whole-body PET scanner

Hamamatsu SHR74000 is a newly designed full three-dimensional (3D) whole body positron emission tomography (PET) scanner with small crystal size and large field of view (FOV). With the improvement of sensitivity, the scatter events increase significantly at the same time, especially for large objects. Monte Carlo simulations help us to understand the scatter phenomena and provide good references for scatter correction. In this paper, we introduce an effective scatter correction method based on single scatter simulation for the new PET scanner, which accounts for the full 3D scatter correction. With the results from Monte Carlo simulations, we implement a new scale method with special concentration on scatter events from outside the axial FOV and multiple scatter events. The effects of scatter correction are investigated and evaluated by phantom experiments; the results show good improvements in quantitative accuracy and contrast of the images, even for large objects.     

中子、γ射线在稀土-高分子材料中的输运(英文)

为研究新型复合屏蔽材料的最佳厚度与各种成分最佳配比, 用MCNP计算了中子、 γ射线在稀土 高分子与重金属复合材料中的通量。 对中子、 γ射线在屏蔽体中变化规律进行了深入探索, 同传统复合屏蔽材料的屏蔽性能进行了对比。 结果表明, 中子和γ射线通过屏蔽体时, 其强度遵循指数衰减规律。 新型屏蔽材料对中子的屏蔽效果均优于铅硼聚乙烯, 对γ射线的屏蔽效果均劣于W Ni合金, 且并非稀土含量越高, 材料对中子辐射屏蔽能力越强。 A series of shielding analyses have been performed to estimate the material composition and optimum thickness required for a new radiation shield with various rare earth doped polymer and heavy metal mixtures. The neutron and γ photon fluxes have been calculated by Monte Carlo N Particle(MCNP) transport code. The results indicate that the relative fluxes of γ photon and neutron in both traditional and new composite materials follow an exponential decay rule with the distance of penetration. It can be seen that the composite material consisting of rare earth doped polymer and heavy metal has stronger neutron shielding performance than lead boron polyethylene, but weaker γ shielding effectiveness than W Ni alloy. It is also found that materials with more components of rare earth elements don’t always provide better neutron shielding performance.     

2.45 MeV小型D-D中子管准直屏蔽结构设计

为获取小角度出射的单能中子源,采用蒙特卡罗软件对小型D-D中子管产生的能量为2.45 MeV的4立体角中子源进行了准直屏蔽结构设计。准直屏蔽结构分为准直器和捕获穴,准直器采用铁+含硼聚乙烯+铅的三层过滤结构,用于屏蔽照射野外杂散中子,捕获穴主要功能是增加反方向中子的弹性散射次数,从而降低出射束低能散射中子的比例。通过MCNP模拟得到了准直器各层材料的最佳厚度和出射孔尺寸以及捕获穴最佳结构。经验证,中子照射野处2.45 MeV的中子通量比照射野外大三个量级,中子照射野处低能中子通量比2.45 MeV的中子通量低一个量级,墙壁外总剂量率（中子+）在2.5 Gy/h以下。该研究对于小角度单能中子源的快速获取具有一定的实用价值,获取的中子源可用于中子剂量仪器有效性检验、中子监测仪性能测试等方面的研究。     

面向个人剂量计校准的小尺度伽玛参考辐射模拟研究

针对伽玛射线个人剂量计基于标准伽玛参考辐射进行校准时检定效率低、校准工作复杂和需要远程送检的关键技术问题,建构了1 Ci 137Cs放射源小尺度参考辐射场物理模型,采用蒙特卡罗方法,研究了小尺度参考辐射场内的剂量分布、装置结构和待检剂量计变化导致散射射线对剂量场的影响,获得了待检剂量计形状、数量、类型和装置结构产生的散射伽玛射线对小尺度参考辐射量值定度的影响结果。研究结果表明,1 Ci 137Cs可以为小尺度参考辐射辐射场检验点提供1.5 mSv/h的伽玛遂行剂量率,辐照个人剂量计载台直径30 cm束斑上的剂量率相对标准偏差约为0.48%。当载台厚度为20 mm时,散射射线对小尺度参考辐射检验点处剂量率值的影响率为3.27%,高于剂量计尺寸（1.62%）和剂量计数量（0.56%）的影响。     

超短超强激光产生正电子的蒙特卡罗模拟

通过理论分析,建立了超短超强激光与固体靶作用产生正电子的蒙特卡罗模拟模型及Geant4模拟程序。模拟研究了靶材料、靶厚度及超热电子温度等对正电子产额的影响,结果表明:对铝、铜、锡、钽、金、铅6种靶材料,金靶的正电子产额最高,是优秀的正电子产生靶;不同超热电子温度下存在不同的最佳靶厚度,在最佳靶厚度以下,正电子产额随靶厚度增长而增大,靶厚度取3 mm较为合适;超热电子温度越高,正电子产额也越高,提高激光强度是增加正电子产额的有效途径。模拟研究给出了正电子角分布及其能谱,结果显示,正电子发射明显前倾,从大于90方向范围发射的正电子数量极少,且超热电子温度越高前倾特点越明显,能量呈类麦克斯韦分布,靶背法线方向出射的正电子的温度随超热电子温度升高而升高。     

Investigation of nonstationary models of laser pulse propagation through a homogeneous scattering layer

Using three nonstationary models of radiation transfer in two versions (diffusion-based and axial), the absorption and scattering coefficients of homogeneous scattering media are found from experimental temporal distributions of an ultrashort laser pulse transmitted through the scattering layer of different thickness. These optical characteristics are found to be dependent on the scattering layer thickness, which contradicts physical considerations. The reason for the discovered effect is related to incomplete taking into account of the properties of the scattering indicatrix in the used approximate models. The validity of this interpretation is supported by a Monte Carlo simulation, which yielded similar dependences. Recommendations on the correct use of the approximate radiation transfer models are given.