一种不锈轴承钢离子束增强沉积表面的微观分析和摩擦学性能研究

利用离子束增强沉积技术，在将Ｔｉ用Ａｒ＾＋束溅沉积到淬火态９Ｃｒ１８Ｍｏ不锈轴承钢表面的同时，分别用Ａｒ＾＋，Ｎ＾＋和Ｃ＾＋轰击试样表面，制取了增强沉积的表面改性层     

球形孔洞泡沫铝力学行为的SPH分析

分别基于体心立方元胞模型和随机孔洞模型建立了泡沫铝SPH模型.采用SPH方法分析了准静态加载条件下泡沫铝的单轴压缩力学性能.最大应变达70%.SPH计算所得应力-应变曲线表现出明显的弹性、平台和压实三段.分析了泡沫铝的微观变形机理,结果表明规则模型和随机模型均呈现出明显的局部塑性变形带,其中随机泡孔模型的孔壁变形以弯曲为主,局部塑性变形带表现更为明显.本文研究结果同时还说明了采用SPH方法研究泡沫材料力学行为的可行性与适应性.     

ZA22—Al2O3复合材料干摩擦磨损表面的微观分析

用扫描电子显微镜和Ｘ射线光电子能谱仪分析了ＺＡ２２合金和ＺＡ２２－Ａｌ２Ｏ３复合材料在干磨擦条件下的磨损表面。结果表明：在ＺＡ２２合金磨损表面形成了一层厚约１００μｍ的塑性变形层，而添加Ａｌ２Ｏ３短纤维能够有效地使这种变形层减薄；在垂直于磨损表面的纤维周围的基础体明显比其它部位的高，磨损后复合材料表面的元素Ｚｎ被氧化，并有偶件材料的转移物存在。     

内部爆炸作用下20钢柱壳的变形及相变

研究冲击波作用下金属微观组织变化对于理解柱壳结构在高应变率下的变形及破坏极为重要。实验通过对20钢金属柱壳在内部爆炸载荷作用下的爆炸回收碎片截面进行微观分析,探讨冲击波作用下材料的组织演化、相变特征,同时使用有限元方法对柱壳膨胀断裂过程中的热力学特征进行分析。研究发现:20钢柱壳近内表面满足α→ε相变热力学条件的有限深度区域内,α晶粒内可见明显的平行滑移线分布特征;电子背散射衍射揭示了平行滑移线区域内组织碎化,且存在{112}<111>和{332}<113>两种孪晶,同时平行滑移线的碎化组织区域中存在密排六方晶格(HCP)的ε相结构,而试样原始组织及爆炸后除试样壁厚内部(0～3.0 mm)区域外均未见ε相结构残留。分析认为:冲击过程中发生了α→ε相变;相变引发的材料性能改变将可能影响断裂破坏过程;考虑冲击波作用下金属材料动态相变对结构变形与破坏的影响,对这类柱壳变形及破坏的精密物理模拟具有重要意义,有必要开展进一步研究。     

CONSERVATION LAWS IN FINITE MICROCRACKING BRITTLE SOLIDS

This paper addresses the conservation laws in finite brittle solids with microcracks. The discussion is limited to the 2-D cases. First, after considering the combination of the Pseudo-Traction Method and the indirect Boundary Element Method, a versatile method for solving multi-crack interacting problems in finite plane solids is proposed, by which the fracture parameters （SIF and path-independent integrals） can be calculated with a desirable accuracy. Second, with the aid of the method proposed, the roles the conservation laws play in the fracture analysis for finite microcracking solids are studied. It is concluded that the conservation laws do play important roles in not only the fracture analysis but also the analysis of damage and stability for the finite microcracking system. Finally, the physical interpretation of the M-integral is discussed further. An explicit relation between the M-integral and the crack face area, i.e., M = GS, has been discovered using the analytical method, which can shed some light on the Damage Mechanics issues from a different perspective.     

HYDROTHERMAL SYNTHESIS OF NANO-METER MICROPOROUS ZINC FERRITE

Nano-meter microporous zinc ferrite was prepared by a hydrothermal method,using triethylamine as a template.Adsorption curves showed that the product had a microporous structure.The effects of precursor pH.reaction temperature and reaction time on the preparation were studied,yielding optimal conditions:pH=11.448K,360mm,The morphology of zinc ferrite as observed by TEM,showed that zinc ferrite was well-crystallized and well-dispersed with little conglomeration.     

利用铝＋氮或钛＋氮离子束辅助沉积改善纯铁摩擦学性能的研究

离子束辅助沉积是近几年发展起来的一种将离子注入与薄膜沉积融为一体的材料表面改性新技术。利用Ａｌ＋Ｎ＋或Ｔｉ＋Ｎ＋离子束辅助沉积对工业纯铁进行了表面改性处理，并且就其摩擦学性能与未经表面改性处理之纯铁试样的作了对比试验研究，同时还利用俄歇电子能谱仪、掠角Ｘ射线衍射仪和扫描电子显微镜等分析测试手段对离子束改性层的成分深度分布和微观组织结构，以及磨痕的表面形貌和元素面分布进行了分析。结果表明，Ａｌ＋Ｎ＋或Ｔｉ＋Ｎ＋离子束辅助沉积可以在纯铁表面形成Ｆｅ４Ｎ、Ｆｅ３Ａｌ或Ｆｅ２Ｎ、Ｆｅ２Ｔｉ等强化相，因而使材料的表层显微硬度分别提高了２１．５％和５８．４％，稳态摩擦下的摩擦系数分别降低约８０％和８３％，平均磨损量分别降低约７１％和８６％；磨损形式主要由纯铁严重的粘着磨损转化为轻微的氧化磨损。     

蜻蜓翅膀的力学研究进展

本文对蜻蜓翅膀的力学问题研究进展进行了综述.蜻蜓之所以成为自然界最优秀的飞行者之一,是因为其翅膀的特殊结构.翅结和翅痣的作用,是在飞行中平衡翅膀前后两部分和消除翅膀振颤.常用的翅膀模型有四种:概念模型、物理模型、简单分析模型和数值分析模型.其中前三种模型过于简化,数值模型虽然可以进行三维数值模拟,但是忽略了翅膀的材料组成.本文还分析了蜻蜓翅膀的飞行机制和力学特点,认为蜻蜓的飞行力学分析必须考虑非定常流的影响;介绍了翅膀的弹性模量、硬度和抗弯刚度的测量方法,指出翼展方向的抗弯刚度(EI)与翼展长度的三次方(L3)成正比,翼弦方向的抗弯刚度(EI)与翼弦长度的平方(D2)成正比;最后提出了对蜻蜓翅膀力学的研究展望和有待于进一步解决的问题.     

高温气体热化学反应的DSMC微观模型分析

热化学耦合的非平衡现象一直是高温气体热化学问题研究的难点, 制约了诸如爆轰波胞格结构、低温点火速率等现象的分析. 本文以高温氮气离解和氢氧燃烧中的链式置换反应为例, 从微观反应概率、振动态指定的反应速率、热力学非平衡态的宏观反应速率、碰撞后的能量再分配等角度, 分析了直接蒙特卡罗模拟中的典型化学反应模型(TCE, VFD, QK模型)的微观动力学性质. 研究发现, 无论是高活化能的高温离解反应还是低活化能的链式置换反应, 实际参与反应的分子的振动能概率分布都偏离了平衡态的Boltzmann分布, 包含较强振动能额外影响的VFD模型可以很好地模拟高温离解反应, 而TCE (VFD的一个特例)和QK模型对活化能较低的链式置换反应的预测效果相对更好. 此外, 化学反应碰撞后的能量再分配应遵循微观细致平衡原理, 细微的偏差都可能造成平动能和振动能难以达到最终的平衡状态. 直接蒙特卡罗模拟的应用评估结果表明, 化学反应的振动倾向对热化学耦合过程产生了明显的影响, 特别是由于高振动能分子更多地参与了化学反应, 气体平均振动能的下降将影响后续化学反应的进行.      

SARS病毒传播的分子进化模型与传染病预测分析

本文从SARS病毒的微观侵染机制入手，以分子免疫学中的抗原．抗体的相互作用作为理论依据，将个体的发病机制、机体内抗体的应答水平与SARS病毒的数量和传染力联系起来，建立了分子进化模型(molecular evolution model)。从微观角度对SARS病毒的传播做出了预测，并与实际数据进行了比较，同时对模型未来的发展方向作了一些的展望。     

金属材料在高速冲击载荷下的韧性和组织结构

本文对35CrMnSiA、37CrNiMo、40Cr、LY12四种金属材料,在不同加载速率下测定其断裂韧性K_(1c)和K_(1d)值;并探讨了四种材料随应变率的增加其断裂韧性变化规律及试样在不同应变率(ε)下的微观机制。     

微观摩擦学研究的急迫任务:磁记录

在不久的将来,磁头与介质的间隙可望从亚微米的范围减小到亚亚微米的范围,因此不得不考虑纳米(nm)级的磨损.微观摩擦学的目的是在轻载荷和小质量工况下获得无磨损状态,因而它成为磁记录的一种重要技术。表面微观摩擦学观测已经开始.润滑剂的分子图象已经通过扫描隧道显微术而得到.高分辨率形貌以及表面硬度与微磨损的特性已经用点接触显微镜获得~1).     

火炮制退机节制环失效微观机理的实验研究

为了研究火炮制退机节制环的故障原因和失效机理,基于金属腐蚀磨损理论和微观分析技术,综合运用光学金相显微镜分析、扫描电镜及能谱分析、显微硬度测定、电感耦合等离子体质谱法和火焰原子吸收光谱法等分析测试手段,结合报废节制环和从大修工厂待修火炮上采集的驻退液样本,从微观层面分析了节制环失效机理。研究表明,节制环作为制退机产生后坐阻力的关键部件之一,主要受到冲击磨损、化学腐蚀和气蚀破坏的复合作用而失效。     

93W杆式弹超高速撞击多层Q345钢靶毁伤及微观分析

为了解杆式弹超高速撞击多层薄钢靶的破坏过程及毁伤机理,开展了克级93W杆式弹正撞击多层Q345钢靶实验及数值模拟研究,通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）及金相显微镜,分析了超高速撞击实验后靶板材料的微观组织及成分。结果表明,超高速撞击作用下,靶板呈现出“翻唇”穿孔变形、花瓣状塑性变形、撕裂、撞击成坑及鼓包等破坏模式。靶板前3层毁伤以超高速穿孔为主,孔洞数目多但面积小,后几层靶板毁伤孔洞数目少且孔径呈先增大后减小趋势。微观分析表明靶材在强冲击压力下发生晶粒碎化、熔化及再结晶,撞击过程中会形成微孔聚集与微裂纹,可见靶板失效主要是熔融混合物冷却过程中产生的热应力与切应力下的剪切撕裂综合作用的结果。     

岩石微观结构CT扫描表征技术研究

岩石微观结构特征研究对非常规油气藏的演化规律、油气赋存状态、运移方式、渗流特征等基础地质问题研究具有重要的科学意义.利用CT 扫描技术对油砂、致密砂岩和页岩样品微观结构表征研究,并对比了常规测试方法与CT扫描表征技术的差异性. 对比CT扫描法和筛分法测试油砂矿物的粒度分布,两者结果十分接近,矿物颗粒大小分布总体趋势上差异小,但小于96μm的颗粒矿物分布差异性稍大.CT扫描结果显示致密砂岩样品的裂缝比较发育,还发育溶蚀孔隙. 由于测试方法和样品大小的差异性,CT扫描获得的孔隙度略大于氦气法孔隙度.微米CT 扫描可以表征页岩的层理发育情况,但无法表征内部的微观孔隙结构.与常规测试方法相比,纳米CT 扫描表征页岩中有机质和黄铁矿的含量等方面准确性好,但孔隙度测试结果偏小.纳米CT分辨率还不能完全满足表征页岩的微观孔隙结构的要求,同时有机质和孔隙的灰度值差异较小,两者区分难度大,因此纳米CT还无法完全准确表征页岩微观孔隙结构.      

关于复合材料弹塑性的一个理论描述

根据格林函数理论和微扰方法，提出了描述复合材料弹塑性（非线性应力－应变关系）行为的简单理论．对陶瓷颗粒增强金属基复合材料，给出了两个不同的解。ＳｉＣ／Ａｌ复合材料的计算实例表明，理论结果与实验结果是相符合的．     

45号钢的动态力学性能研究

对45号钢在不同环境温度(25 300℃)和不同应变率(10-4～103s-1)的 关系进行了研究。修正了Johnson Cook模型中的应变率强化系数C,确定了45号钢的本构关系。金相观察表明,与应变率强化相比,较高的环境温度使硬化速率降低,且占主要因素,其结果使材料的强度降低。透射电镜分析表明,高应变率在使位错运动的能量提高的同时,增加了位错在晶界处的阻力,而较高的环境温度则为位错提供了较多的滑移面和滑移方向,其结果是使材料更容易压缩。     

钛合金TC4材料热处理工艺对圆筒在内爆炸载荷下膨胀半径的影响

对采用两种不同热处理工艺的钛合金TC4材料进行了Hopkinson拉伸实验、圆筒爆炸实验和数值仿真,从而确定了两种不同热处理工艺的优劣并通过微观分析揭示了钛合金TC4材料微观组织结构对内爆炸载荷下圆筒膨胀半径的影响。实验和数值分析表明:采用双重退火热处理工艺的钛合金TC4材料具有良好的动态力学性能。在相同的加载条件下,经此工艺处理的TC4圆筒在爆轰产物未泄漏之前有着充分的膨胀半径,而且也不容易形成绝热剪切破坏。同时,给出的依据高速摄影照片确定筒壳断裂点的方法是切实可行的,获得的断裂时间与数值分析结果吻合。     

复合材料宏观性能的细观力学研究

本文利用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ平均场理论，从细观力学的角度讨论了建立复合材料宏观性能与微观结构联系的方法．这方面的工作对复合材料的优化和设计有着重要指导意义     

湍流场中物质微元的形态特征及相应的模型

运用高速显微摄影方法对１０￣１…１０￣３ｕｍ尺度上的微观混和过程进行了实验观察，将物质微元的形态特征归结为片状与条状两类。在此基础上，提出了片状结构模型，将微观混和描述为片状微元上的收缩变形与分子扩散。分析表明，由于变形与扩散之间的相互作用，微元上分子扩散区的宽度将趋于某一尺度δ＝１２λＢ，从而使微元体积呈指数增长，ｖ～ｅｘｐ（ｓｆ）．微观混和对化学反应的影响可用Ｄａｍｋ６ｈｌｅｒ数Ｄａ来表征，模型能够正确模拟这种影响。