5083铝合金光纤激光-TIG复合焊接工艺研究

采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机,对4mm厚5083H116铝合金进行了复合焊接试验。研究了电源特性、电流大小和热源间距等工艺参数对光纤激光-钨极惰性气体保护焊(TIG)复合焊接焊缝成形的影响规律,并分析了焊接接头的缺陷、显微硬度及力学性能。结果表明,光纤激光-TIG复合焊接5083铝合金,能够明显改善焊缝成形,提高焊接过程稳定性,特别是与变极性TIG电弧复合效果更为显著;光纤激光与变极性TIG电弧复合焊接,采用激光在前的方式,电弧电流150A,且热源间距不大于4mm,可以得到具有明亮金属光泽和均匀鱼鳞纹的焊缝,焊缝无气孔和裂纹缺陷,其表面有少量的下凹;复合焊接接头抗拉强度为318MPa,达到母材强度的93%,延伸率为7.6%,高于单光纤激光焊接,断口分析为韧性断裂。     

直接甲醇燃料电池两相非等温模型

本文建立了直接甲醇燃料电池的两相、非等温模型.采用多孔介质中的经典多相流动模型来计算电池内与电化学反应相耦合的传质、传热问题;模型中考虑了水的汽化凝结过程和甲醇窜流对电池性能的影响.计算结果表明电池内温度分布不均匀,温度最高点出现在阴极催化层;阳极甲醇浓度分布不均匀是造成阳极催化层内局部反应速率不均匀分布的主要原因,而阴极催化层局部反应速率主要依赖于阴极过电势的分布;大的流场板开口比条件下电池整体均匀性较好,性能得到提高.     

电解腐蚀超细钨丝在大气环境下的氧化特性

利用扫描电镜能谱X射线衍射及力学性能分析了电解腐蚀制备的超细钨丝在大气下的氧化行为和过程。结果表明:超细钨丝在大气下氧化所得黑褐色产物应为介于WO2及WO3之间的复杂氧化物;超细钨丝在电解腐蚀后表面氧质量分数已超过1%,随后在大气下氧化,钨丝表面氧含量先升高后降低;电解腐蚀使得钨丝表面形成规则的条形纹,大气下氧化10个月后超细钨丝表面出现不规则辉纹,氧化85个月后不规则辉纹和条形纹的起伏均趋于平缓;氧化会使得钨丝断裂强度降低,但在氧化初期,延伸率变化极小,这些性质应与其氧化物具有保护性和非保护性固态氧化物的双重性质有关。     

基于棱镜二次聚光的高倍聚光模组聚光特性与三结电池光谱响应匹配与优化

目前Ⅲ-Ⅴ多结高倍聚光(HCPV)太阳电池实验室效率记录已高达46%,而相对应的模组效率与之相差仍较大,其中由于模组中聚光非理想性引起的损失就高达20%.本文通过建立光学模型和非均匀光照的三维电池电路网络模型,以Ⅲ-Ⅴ族三结电池为例,研究了菲涅耳透镜一次聚光、棱镜二次聚光的HCPV模组的聚光特性和光电特性.结果发现.由于光线非平行入射和-菲涅耳透镜的色散现象,使得沿光轴方向短、中、长波段聚光发散及聚光不均匀,从而造成了三结电池的上、中、下各子电池光谱响应失配损失,模组光电转换性能下降;进一步,通过采用棱镜二次聚光,能较好地改善聚光和温度均匀性;通过对光轴方向上短、中、长波段的聚光特性与三结电池光谱响应匹配优化,使得模组输出功率提高10%以上.模拟结果己得到实验验证.     

受振颗粒“毛细”系统中的对流与有序化

将球形颗粒倒入内径较窄的管状容器时,管壁的曲率会对颗粒的堆积结构产生影响,存在壁效应. 实验表明通过连续的竖直方向的振动,壁效应可以被强化,颗粒可以经由对流由无序排列转变为稳定的同轴筒形“壳层”结构. 每一壳层内,颗粒是二维的六角密堆积, 在这一转变过程中,颗粒堆积率的径向分布由初始的衰减振荡转变为等幅振荡. 分析了堆积率的不均匀性及空气在对流中的作用,以及形成“壳层”结构的动力学过程,对“壳层”结构的稳定性亦进行了讨论. 关键词： 颗粒物质 对流 有序化 毛细     

H对Mg_2Si力学性能影响的第一性原理研究

Al-Mg-Si系铝合金在氢环境服役时,因遭受氢损伤而导致力学性能退化.Mg_2Si是Al-Mg-Si系铝合金主要的热处理强化相,其力学性能直接决定着Al-Mg-Si系铝合金的强度.本文采用基于密度泛函数理论的第一性原理计算方法,研究了间隙H原子对Mg_2Si力学性能的影响.首先计算了Mg_2Si的单晶体弹性常数C_(11),C_(12)和C_(44),在通过Hill模型计算了多晶体的弹性模量、泊松比及硬度,并进一步计算了H对Mg_2Si晶粒拉伸性能的影响,最后对H原子掺杂引起的Mg_2Si晶体态密度变化进行了分析.结果表明:H原子的引入显著降低Mg_2Si晶体的剪切模量和弹性模量,从而使得体系强度、硬度降低,韧性提高.拉伸性能计算也表明H原子引起Mg_2Si晶体断裂强度降低、断裂延伸率提高.态密度分析表明,Mg_2Si晶体中引入氢原子,将引起Mg_2Si晶体由半导体性质向金属性质的转变,从而造成体系强度、硬度的降低,韧性增加.本文计算结果可以为揭示以Mg_2Si为增强相的材料在氢环境中强度降低机理提供参考依据.     

脉冲电流作用下LY12铝合金的微观结构和合金元素分布

研究了在凝固过程中施加脉冲电流对LY12铝合金微观结构和合金元素分布的影响.实验结果表明,在脉冲电流作用下,LY12合金的微观结构发生了明显变化,聚集在晶界和枝晶网的共晶组织大大减少,网络变得不连续,在晶内和晶界附近存在弥散的近似球状的共晶质点.另外,脉冲电流能有效地改善合金中Cu和Mg的成分偏析,其中对Cu在Al合金中的负偏析现象的改善更为显著,使Cu较均匀地分布于整个试样. 关键词： LY12铝合金 脉冲电流 显微结构 偏析     

分子链缠结对核-壳结构复合凝胶非均匀变形行为的影响

凝胶分子形成凝胶网络时，分子链段间会相互缠绕形成物理交联，显著影响其力学行为.为研究凝胶分子链段间相互缠结形成的物理交联对核壳结构复合凝胶变形行为与溶剂分布的影响，基于slip-link链缠结模型和张量推导建立核壳结构复合凝胶变形过程的一般数学表达式.结果表明：受刚性核影响，凝胶壳的拉伸是各向异性的，凝胶壳内溶剂的分布也是非均匀的，由内向外呈非线性变化，溶剂在凝胶内的扩散不满足菲克扩散定律；分子链缠结度越高凝胶壳的径向和周向伸长比越低，凝胶的溶胀率也越低.     

非均匀可激介质中的螺旋波

以Barkley模型为对象,研究了可激介质的非均匀性对螺旋波斑图形成的影响.该模型中各参数与可激介质的属性密切相关,通过参数涨落的正态分布来刻画非均匀性,数值研究了单参数以及多参数涨落的正态分布情形下螺旋波斑图的形成.研究表明,可激介质的非均匀性对于螺旋波波纹的粗细及疏密程度有较大影响.参数涨落分布的方差越大,形成的螺旋波波纹越粗糙.对于两参数均匀分布的极端情形,当参数分布大于某一范围,无法形成螺旋波.这些都与螺旋波旋转的角频率密切相关.螺旋波旋转的角频率越大,螺旋波波纹越粗,同时波纹越密集;反之,螺旋波 关键词： 螺旋波 非均匀介质 Barkley模型     

基于电化学-应力耦合模型的锂离子电池硅/碳核壳结构的模拟与优化

硅基电极材料在应用中的一个主要问题是巨大的体积膨胀,以及由此带来的电极材料破裂、粉化.本文在有限变形假设前提下,基于电化学-力学耦合理论,研究球形Si/C核壳结构在嵌锂过程中的浓度、应力场的演化,并在此基础上讨论了核壳结构的优化设计.计算结果显示:壳层可以很好地保护硅颗粒的膨胀;然而核内产生的较大的径向压缩应力可能导致核壳界面的脱黏,而核壳界面处的切向拉伸应力可能会导致壳层的断裂.进一步为有效提高核壳结构的电化学与力学性能,从而实现锂离子电池更长的循环寿命,考虑了两种结构的优化:1)单层核壳结构; 2)双层核壳结构.结果表明对于单层核壳结构应使用更软的包覆层材料;而双层核壳结构中优化的材料布置方案为内软外硬,对双层核壳结构的硬度分析表明,内层材料的杨氏模量应低于10 GPa,而外层材料的应不高于70 GPa.本文的结论对球形材料颗粒电极的设计及优化具有一定的指导意义.     

液态三元Fe-Sn-Si/Ge偏晶合金相分离过程的实验和模拟研究

本文采用自由落体实验技术和格子玻尔兹曼计算方法研究了低重力条件下液态Fe-Sn-Si/Ge合金的相分离过程. 实验发现, 二种合金液滴在自由下落过程中均发生显著的液相分离, 形成了壳核和弥散组织. 当Fe-Sn-Si合金中的Si元素被等量的Ge元素替换后, 壳核组织中富Fe区和富Sn区的分布次序会发生反转. 计算表明, 在液相分离过程中冷却速率、Marangoni对流和表面偏析对壳核构型的选择和弥散组织的形成起决定性作用.     

基于微束X射线荧光的铸轧7B05铝合金元素偏析研究

材料内部微观尺度上成分、组织结构控制精度低、波动大是制约高铁铝合金国产化进程的重要原因,因此从微观尺度上研究大尺寸铝合金成分均匀性至关重要.鉴于目前研究铝合金偏析的区域通常较小且不连续,定量统计方法过于简单.使用微区分辨率较高的微束X荧光与原位定量统计分布分析技术相结合的方法,从点、线、面、频度分布等方面对成分分布数据...     

直接甲醇燃料电池反应和组分传递的模型计算

本文建立了直接甲醇燃料电池的二维、单相数学模型来研究电池内各种场的分布情况.模型中考虑了与电化学反应相伴随的、与流体动力学相关的反应与物料传递的耦合过程以及甲醇串流对阴极反应的影响;对阳极和阴极催化层传质过程引入了团聚块模型进行修正.计算了电池内的反应组分浓度分布和局部电流分布以及催化层沿长度方向的局部过电势分布,分析丁催化层内反应的非均匀性.在此基础上考察了对电池流场板结构的改进方案:减小集流板肋条宽度以及在肋条过窄时引入金属泡沫代替电池流场板和扩散层对电池性能的影响,通过对比计算表明两种改进均可以使得催化层反应均匀化,使电池输出性能得到提高,后者效果更佳.     

直流道PEMFC两相流数学模型

建立直流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维非等温两相流数学模型,基于质子交换膜与气体之间的水分传递特征,综合考虑电渗、浓度扩散及电化学反应作用的影响,发展了膜电极水分传递的非平衡扩散模型.并自主开发程序代码对电池内复杂的多物理场耦合传递过程进行数值模拟,研究PEMFC电极内气态水、液态水分布、质子膜含水量分布和水迁移特性等,分析单电池内部的温度分布特征,并获得电池极化性能曲线.     

直接键合的三结太阳能电池研究

本文研制了直接键合的三结GaInP/GaAs/InGaAsP太阳电池.直接键合技术可以减少晶格不匹配的材料在外延生长过程中产生的线位错和面缺陷,将缺陷限制在界面几十纳米的薄层而不向内扩散,是未来实现高效多结电池的发展趋势之一.此类电池国内鲜有报道.本文键合三结电池的键合界面采用p+GaAs/n+InP结构,得到电池开路电压3.0 V,在电池结构没有优化的情况下获得效率24%,表面未做减反膜.开路电压表明三结电池实现了串联,为单片集成的高效多结电池提供了新的途径.对实验结果进行了分析并给出了改进措施.     

丝阵负载Z箍缩内爆动力学研究

丝阵负载内爆动力学行为基本可以分为以下四个过程:1)丝的烧蚀;2)壳层的形成;3)内爆;4)滞止.利用所研制的可见光分幅相机和X射线分幅相机在"强光一号"加速器上对多种型号的丝阵负载Z箍缩内爆动力学行为进行了实验研究,获得了从早期单丝烧蚀到等离子体柱崩毁全过程图像,并对实验结果进行了分析,主要研究成果如下:1)发现存在较长时间的丝烧蚀过程,且单丝烧蚀在轴向上并不均匀;实验得到的内爆轨迹与唯像模型计算结果较为一致.2)不论早期的可见光图像还是中后期的软X射线图像都存在明显的阴极发射,内爆后期在阴极附近存在明 关键词： 丝阵 内爆动力学 Z箍缩 脉冲功率技术     

电场对协流式微流控装置中乳液液滴生成行为的调控机理

建立了直流电场作用下协流式微流控装置中单乳液液滴乳化生成过程的非稳态理论模型,并开展了数值模拟研究,揭示了电场对液滴乳化生成动力学行为的调控机理,阐明了流场/电场参数对液滴乳化生成特性的影响规律.研究结果表明:沿流体流动方向施加静电场可在电物性参数不同的两相流体界面法线方向上产生指向内相流体的电场力,进而强化了内相流体界面的颈缩和断裂,提升了液滴生成速率和形变程度,减小了液滴生成尺寸;在同一毛细数下,随着电毛细数的增大,乳液乳化流型由每周期仅有单一液滴生成的滴式流型转变为每周期有一个主液滴并伴随有卫星液滴生成的滴式流型;随着毛细数和电毛细数的增大,黏性拖曳力以及电场力作用增强,使内相流体颈缩过程后期更容易形成细长型液线,从而有助于诱发液线上产生Rayleigh-Plateau不稳定现象,继而促进卫星液滴的形成.     

遗传算法优化BaTiO3壳模型势参数

本文应用灵敏度分析方法从BaTiO₃壳模型众多参数中找到对结构和性能影响最为明显的主要参数,将次要参数常数化,降低优化问题的维数;然后应用遗传算法对主要参数进行优化.优化结果表明,势参数可以较准确地模拟结构、力学性能以及相变过程. 关键词： 壳模型 灵敏度分析 遗传算法     

覆盖多柔性层的有限长圆柱壳声辐射特性

研究了有限长圆柱壳覆盖多层柔性材料的声辐射特性.根据相邻柔性层界面上的边界条件推导了柔性层系的传递矩阵,结合薄壳理论和声波动方程建立了分析覆盖多柔性层后圆柱壳声辐射的理论模型.通过数值计算表明,减小柔性层的声速或者密度均能增加辐射声功率降低量,而采用多柔性层结构能比相应的单层均匀柔性材料获得更好的降噪效果.     

ITER PF导体缩径机轧辊温升数值模拟研究

文中对ITER PF超导导体缩径机轧辊温升问题进行了数值模拟研究.针对不同导体坯料尺寸和轧辊形状单独建模进行热力耦合数值模拟,基于热力耦合模拟结果构造轧辊传热分析模型,获得了多道次轧制过程中各轧辊的温度场信息,确定了各轧辊处于热平衡状态时的温度场.研究结果表明,各轧辊在轧制400米PF导体后轧辊温度均达到平衡,且平衡状...