多次激光冲击导致的Ti17合金层裂

为研究激光冲击Ti17合金中厚样品的层裂特性和层裂阈值,对样品（厚5 mm）表面进行单点连续1~8次激光冲击,激光工艺参数为:频率1 Hz,脉宽15 ns,激光能量30 J,方形光斑4 mm×4 mm。采用白光干涉仪、超声波无损检测技术和扫描电镜,分析和检测中厚样品冲击区域的表面形貌、内部损伤以及层裂形貌。实验结果表明,连续从4次到5次激光冲击中厚样品的表面凹坑深度增加值最大为64.5%。连续5次激光冲击为中厚样品层裂阈值,层裂面积随冲击次数增加而增加。连续5~8次激光冲击中厚样品层裂厚度的实验值为280~310 μm。层裂机理为韧性微孔洞的形核、增长和汇合,形成晶界失效和晶内失效。研究结果可为激光冲击强化整体叶盘改性提供工艺参考。     

用高速阴影技术研究K9玻璃中的失效波

用高速阴影摄影技术研究了爆轰加载下K9玻璃样品中波的传播和压缩区内损伤破坏的物理图象和规律。实验中观测到冲击波阵面后有一个移动速度为 2 .1～ 2 .2mm/ s的黑色阴影区边界 ,即失效波 (Fail urewave) ;实验发现只有当冲击载荷接近材料的HEL时 ,在冲击波和失效波之间的区域才有少量的微裂纹成核和长大 ,而在冲击载荷较低时却没有观察到 ;同时实验中观测到失效波萌生于被撞击面 ,并在两块玻璃的交界面上观测到失效波的再生。这些结果表明失效波的产生基本与冲击相变无关 ,主要与玻璃样品表面的初始损伤有关 ,换言之 ,失效波是玻璃样品表面微裂纹在冲击波作用下失稳扩展造成的。     

激光对涂层玻璃钢材料的烧蚀阈值实验研究

介绍了玻璃钢材料的特性。用连续ＹＡＧ激光辐照不同防火涂料层的玻璃钢材料,进行烧蚀阈值的实验研究。在实验中,用激光光斑仪确定激光辐照玻璃钢材料靶表面的光斑尺寸和光场分布。用红外热像仪测量了激光辐照玻璃钢材料生产的温度响应,并给出了损伤和起燃阈值。     

用于ICF的三种典型光学玻璃的AFM纳米划痕行为研究

本文作者通过原子力显微镜,以球形金刚石针尖作为对摩副,在大气环境下对磷酸盐激光玻璃、K9光学玻璃、熔融石英玻璃三种用于ICF系统的典型光学玻璃的纳米划痕行为进行了定量研究.结果表明:随着载荷的增加,三种玻璃的摩擦系数均表现为先保持恒定再剧烈上升的变化趋势.这是由于随着载荷的增加,摩擦机理由界面摩擦主导逐步转变为犁沟摩擦和界面摩擦共同主导所致.在相同的法向载荷作用下,磷酸盐玻璃的摩擦系数最高,K9光学玻璃次之,熔融石英玻璃的摩擦系数最小,这与三种玻璃的机械性能以及它们的表面亲水性密切相关.在相同的载荷下,磷酸盐玻璃和K9玻璃的划痕损伤表现为材料凹陷和堆积并存,而熔融石英玻璃的划痕损伤仅表现为划痕区域明显的凹陷变形.在所有载荷下,熔融石英玻璃的划痕残余深度均略高于磷酸盐玻璃;K9玻璃在低载时的划痕深度在三种玻璃中最大,中载时居中,而高载时最小.不同载荷下玻璃表层的机械性能、塑性流动方式以及其致密化程度都将对最终的划痕残余深度产生影响.     

N31型磷酸盐激光玻璃的摩擦磨损性能研究

在Rtec-MFT3000多功能摩擦磨损试验机上采用硅酸盐玻璃球作为对摩副,研究了0.2~2 N的载荷条件下N31型磷酸盐激光玻璃的摩擦磨损性能,着重讨论了载荷对该玻璃摩擦磨损性能的影响.结果显示:稳定磨损阶段的摩擦系数随载荷的增加而减小,且载荷越大摩擦系数达到稳定所需的时间越短.随着载荷的增加,N31型磷酸盐激光玻璃的磨损体积先急剧增加后缓慢增加,同时磨损机理经历从磨粒磨损为主到磨粒磨损和裂纹滋生并存最后到脆性剥落为主的转变过程.而硅酸盐玻璃球的磨损体积在给定载荷范围内随载荷的增加保持线性增加,且在所有试验载荷下的磨损机理均以磨粒磨损为主.在目前试验条件下N31型磷酸盐玻璃表面磨损区域未发生可被EDS检测到的明显的摩擦化学反应,磨屑成分为对摩副两种材料的混合体.     

预制缺陷的K9玻璃层裂特性研究

层裂问题的核心内容是内部微细观损伤成核及演化规律研究. 利用激光内刻方法, 在K9玻璃样品内部预制相互贯通的初始损伤, 结合火炮加载平板实验和多点DPS测试获得样品自由面粒子速度, 以研究材料内部损伤的动态实时演化过程. 通过所获得的样品自由面粒子速度图像, 分析了层裂振荡周期、未层裂信号和层裂强度等实验现象, 为材料的动态损伤演化过程提供了一些新的认识.      

激光硬化9SiCr表面土壤磨损研究

在壤土、沙土和黏土3种土壤中对激光处理的9SiCr材料进行磨损试验,考察了激光硬化工艺参数对9SiCr 旋耕刀基体显微硬度的影响,获得9SiCr 旋耕刀基体激光硬化处理的最佳工艺参数。结果表明：在激光功率为1 200W、扫描速度为14mm/s和激光功率1500W、扫描速度16mm/s的条件下,磨损率较小。激光处理表面在3种土壤条件下进行了耐磨性比较,沙土对试件的磨损率影响最小。9SiCr经过激光处理其表面耐磨性比一般淬火表面的耐磨性提高约5倍。9SiCr表面磨损形式主要是磨粒磨损。激光处理9SiCr表面提高了表面硬化层的硬度,从而提高了材料的耐磨性,增加了9SiCr的使用寿命。     

混凝土侵彻数值模拟的影响因素

利用动力学计算软件AUTODYN 2D,采用拉格朗日网格描述弹、靶模型,对弹径比为0.3、直径为75 mm、长225 mm的卵形弹垂直侵彻直径为1.6 m、厚度为2 m的混凝土靶板的过程进行了数值模拟。通过设置静水压和主应力2种拉伸失效模式、不同的混凝土靶板网格尺寸以及不同的销蚀应变分别进行计算,考察以上因素对侵彻深度及靶板前表面损伤面积计算结果的影响。结果表明:3种因素对数值模拟结果的影响显著;靶板网格尺寸选择5.0 mm时,计算结果较合理;分别选用2种不同的拉伸失效模式,侵蚀应变取1.5时,计算结果与实验结果均较接近;而当选用静水压拉伸失效模式,侵蚀应变取2.0时,计算结果与实验结果吻合最好。     

非均匀性对自由面粒子速度信号的影响

在平板撞击实验中,通常利用应力计或VISAR来获得样品中应力历史或自由面粒子速度信号来研究材料的动态力学性能.本文采用含预制缺陷的K9玻璃作为研究对象,利用口径为37mm火炮加载装置,在靶样品的自由面上2 mm线长度范围内,利用16路激光多普勒探针测量系统(DPS),对样品自由面不同位置的自由粒子速度同时进行测量,此方法不同于传统的单点VISAR测量样品自由面速度,其空间分辨率为127μm,可分辨材料内部非均匀性(尺寸大于127μm的夹杂、缺陷等)对自由面速度信号的影响.本文的实验方法可为从细观尺度研究材料动态力学性能提供一种研究思路.     

干燥气氛下速度对钠钙玻璃磨损性能的影响

以硼硅酸盐玻璃球为对摩副，在摩擦磨损试验机上研究了干燥气氛下滑动速度和载荷对钠钙玻璃表面磨损性能的影响规律与作用机理. 研究发现，随着滑动速度从0.25 mm/s逐渐增大到8 mm/s，钠钙玻璃在高载下(2 N)的稳态摩擦系数略微降低，当载荷降低为1 N时，速度对钠钙玻璃摩擦系数的影响并不明显. 随着滑动速度的增加，钠钙玻璃表面的磨损深度和磨损体积逐渐增加，钠钙玻璃在低载下(1 N)的磨损体积增大了21.5倍，而在高载下(2 N)的磨损体积增大了12.5倍. 低速时，钠钙玻璃接触界面温升较小，磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主，并伴有少量脆性剥落. 随着速度的增加，磨屑逐渐转移到对摩副pyrex球表面并参与到磨损过程，钠钙玻璃的磨损机理转变为黏着磨损和犁沟去除. 相对于高载而言，低载下滑动速度对钠钙玻璃材料去除的影响更为显著，这是由于随着速度的增加，低载下玻璃界面的温升增长率大于高载下.      

不同尺寸砂岩动态力学性质和应力平衡性的试验研究

采用大直径分离式霍普金森压杆系统获得的不同尺寸试样的实验冲击动态力学参数有差异,因此在直径100 mm压杆上进行了3种直径（50、75和100 mm）和5种长径比（0.4、0.5、0.6、0.8和1.0）的砂岩试样冲击试验,分析了不同尺寸试样应力-应变曲线和应变率曲线随尺寸的变化,提出了用于比较波形对齐重合度的波形叠加系数,并与应力平衡因子共同构建了动态应力平衡性研究体系,由此确定大直径霍普金森压杆试验的试样建议尺寸。同时,利用高速摄影机监测试样的动态破坏状况。结果表明:当长径比相同时,直径75与100 mm岩石试样的动态抗压强度测试值相近,直径50 mm试样具有更明显的长度效应;随着试样直径的增大,应变率曲线从单峰变为双峰;小尺寸试样更易发生轴向劈裂破坏,大尺寸试样受内部应力波叠加影响产生了较大的拉应力,易发生层裂拉伸和轴向劈裂的复合型破坏;对直径75 mm且长径比0.3~0.4的试样,波形对齐后重合度较高,在起始破坏前拥有充足的应力平衡时间,应变率加载效果较好。获得了砂岩试样冲击压缩试验的尺寸效应,可为大直径岩石试样的尺寸选择提供参考。     

准脆性材料抗压强度能量平衡尺寸效应模型

针对现有尺寸效应模型难以体现准脆性材料完整的抗压强度尺寸效应变化规律及其内在机理, 本文通过分析准脆性材料单轴压缩破坏过程中能量输入、储存、整体和局部能量耗散, 建立体现整体和局部损伤的力学模型及描述上述能量演化过程的双线性名义和真实应力应变曲线, 在此基础上确定了名义应力最大时输入能量、储存弹性能、整体和局部能量耗散的表达式, 最后基于能量平衡原理建立抗压强度尺寸效应模型. 抗压强度能量平衡尺寸效应模型能完整体现名义抗压强度尺寸效应, 即随试样尺寸增大, 名义抗压强度在试样尺寸小于等于局部损伤区尺寸时为真实强度, 然后逐渐减小, 最终当试样尺寸趋于无穷大时趋于弹性极限强度; 抗压强度能量平衡尺寸效应模型也能同时体现高径比和试样直径对名义强度的影响, 其包含的参数具有明确的物理意义, 可以反映真实强度、弹性极限强度、名义损伤模量非线性、局部损伤区大小和方向对准脆性材料名义抗压强度尺寸效应的影响; 通过把抗压强度能量平衡尺寸效应模型和现有尺寸效应模型应用于预测各种材料尺寸效应试验和数值模拟数据, 结果表明: 抗压强度能量平衡尺寸效应模型能很好描述试验和数值模拟尺寸效应的非线性变化规律及内在机理, 和现有尺寸效应模型相比, 其总体平均误差最小, 且小于5%.      

激光冲击修复后压力容器钢Q345R耐腐蚀及抗疲劳性能研究

对激光冲击强化后的压力容器材料Q345R钢的耐腐蚀性能和抗疲劳性能进行研究。通过电化学实验,并结合扫描电子显微镜分析其耐腐蚀性。结果显示,有吸收层保护和无吸收层保护激光冲击后,相较于原试样,耐腐蚀性分别提升5.8倍和2.6倍;微观实验结果表明经过激光冲击后腐蚀试样表面裂纹明显少于未处理试样。但随着冲击次数增加,耐腐蚀性有所下降。疲劳试验结果显示,相同应力条件下,腐蚀1和2 h的疲劳寿命相较于原试样降低36.8%和56.4%,经过一次或三次激光冲击后试件的疲劳寿命分别提升43.8%和198.2%,经XRD检测,激光冲击能在表面形成一定深度的残余压应力层并抑制裂纹扩展。     

An Experimental Technique for Spalling of Concrete

The spalling strength of concrete is measured by examining the strain wave profiles in a polymer buffer bar behind the slender concrete bar specimen placed between a large diameter (Φ100 mm) Hopkinson bar and the buffer bar. The experimental results indicate that the spalling strength is related to not only the compressive strength of concrete but also the impact velocities (the loading rates). The rate effect of spalling strength mainly results from the different cracking paths in concrete under different impact velocities. However when the input compressive stress to specimen exceeds the threshold required to trigger the compressive damage, the spalling strength decreases due to the evolution and cumulation of compressive damage in concretes. The repeated impact loading experiments indicate that damage plays an important role in the spallation process of concrete. The high speed video of the spalling fracture process shows that multiple spalling fractures may occur in the scab and damage accumulation resulting from stress wave propagation in scab is the main reason for the producing of multiple spallations.     

混凝土损伤与试件尺寸效应

本文在运用概率方法确定了混凝土材料的初始损伤门槛值εＤ的前提下采用已有内时损伤本构模型，利用有限元方法对单边切口混凝土梁在三点弯曲荷载和四点剪切荷载作用下的力学行为进行了分析，计算了所有试件 的极限荷载Ｐｍａｘ，运用计算结果对混凝土断裂力学参数的尺寸效应规律进行了分析，并与已有试验结果进行了比较，其结果表明本文的数值分析怀华权及其它方法的分析结果吻合较好。     

Increase of the density,temperature and velocity of plasma jets driven by a ring of high energy laser beams

Supersonic plasma outflows driven by multi-beam, high-energy lasers, such as Omega and NIF, have been and will be used as platforms for a variety of laboratory astrophysics experiments. Here we propose a new way of launching high density and high velocity, plasma jets using multiple intense laser beams in a hollow ring formation. We show that such jets provide a more flexible and versatile platform for future laboratory astrophysics experiments. Using high resolution hydrodynamic simulations, we demonstrate that the collimated jets can achieve much higher density, temperature and velocity when multiple laser beams are focused to form a hollow ring pattern at the target, instead of focused onto a single spot. We carried out simulations with different ring radii and studied their effects on the jet properties. Implications for laboratory collisionless shock experiments are discussed.     

微颗粒对超声空蚀影响的试验研究

为了探明微颗粒对超声空蚀影响的具体机制,使用超声振动空蚀试验装置对45钢在四种不同的微颗粒-纯水的悬浊液中的空蚀行为进行了研究,使用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观测空蚀后的样品表面,对空蚀坑的数量分布及微观结构进行分析,结果表明空蚀破坏程度与SiO₂悬浊液浓度有重要关联. SiO₂悬浊液存在1个临界浓度,小于临界浓度时,空蚀破坏程度随浓度的增加而增大;大于临界浓度时,空蚀破坏程度随浓度的增加而减弱. 空蚀破坏程度随粒径的增大而减弱,但空蚀坑的坑径随微颗粒粒径的增大而增大. 相比于纯水介质,添加SiC、Al₂O₃和SiO₂微颗粒均会加剧空蚀破坏程度,其中,SiC微颗粒对空蚀破坏的促进最为显著. 相比之下,Al微颗粒添加后空蚀破坏却明显减弱,起到了抑制超声空蚀的作用,这可能与不同颗粒所负荷不同电荷类型有关.      

Computational modeling of heat transfer and sintering behavior during direct metal laser sintering of AlSi10Mg alloy powder

Direct Metal Laser Sintering (DMLS) is one of the leading additive manufacturing processes, which produces complex metallic parts directly from the powder. One of the major problems of this rapid manufacturing process is an inhomogeneous temperature distribution, which leads to residual stress in the build part. Thus, temperature analyses must be performed, to better understand the temperature distribution and sintering behavior of the powder bed with a different laser recipe. In this study, a comprehensive three-dimensional numerical model was developed to understand the temperature distribution during direct metal laser sintering of AlSi10Mg alloy powder. The computer simulation was carried out in ANSYS 17.0 platform. Further, the effect of process parameters such as laser power and scan speed on the temperature distribution and sintering behavior were studied. From the simulation results, it was found that, when the laser power increased from 70 W to 190 W, the maximum temperature of the molten pool increased from 731?°C to 2672?°C, and the molten pool length changed from 0.286 mm to 2.167 mm. A reverse phenomenon was observed with an increase in scan speed. The sintering depth of the powder layer increases significantly from 0.061 mm to 0.872 mm with increasing the applied laser power, but decreased from 0.973 mm to 0.209 mm as a higher scan speed was applied. The developed model helps to optimize the powder layer thickness and minimize the wastage of excess powders during the sintering process.     

Characterization of Irradiation Damage of Ferritic ODS Alloys with Advanced Micro-Sample Methods

Oxide dispersion strengthened (ODS) steels are candidate materials for advanced electric energy and heat generation plants (nuclear, fossil). Understanding the degradation of mechanical properties of these alloys as a result of service exposure is necessary for safe design. For advanced nuclear applications combinations of temperature, irradiation and stress are important damage conditions. They are studied either with neutron irradiated samples (often highly active) or with ion-irradiated samples (irradiation damage often limited to only a few micrometer deep areas). High activity of samples and limited sample volume claim to subsized samples like nano-indentation, micro-pillar compression or thin strip creep testing. Irradiation hardening and irradiation creep were studied with these methods. Ferritic ODS steels with 19% chromium were investigated. The materials were studied in qualities differing in grain sizes and in sizes of the dispersoids. Irradiation was performed in an accelerator using He-ions. Irradiation damage profiles could be well analyzed with indentation. Yield stress determined with compression tests of single-crystal micropillars was well comparable with tension tests performed along the same crystallographic orientation. Irradiation creep of samples with different sizes of dispersoids revealed only a small influence of particle size being is in contrast with thermal creep but consistent with expectations from other investigations.