一种低活化铁素体/马氏体钢的高能重离子辐照效应研究

低活化的铁素体/马氏体钢是先进核能装置（如聚变堆）的重要候选结构材料。 在聚变堆实际工作环境下, 由于高温和高氦产生率引起的材料失效是这类材料面临的一个重要问题。 本项研究以兰州重离子加速器（HIRFL）提供的中能惰性气体离子束（20Ne, 122 MeV）作为模拟辐照条件, 借助透射电子显微镜, 研究了一种低活化的9Cr铁素体/马氏体钢（T92B）组织结构的变化和辐照肿胀。 实验结果表明, 高温下当材料中晶格原子的撞出损伤和惰性气体原子沉积浓度超过一定限值时, 材料内部形成高浓度的空洞, 并且空洞肿胀率显著依赖于辐照温度和剂量; 在马氏体板条界面及其它晶界处空洞趋于优先形成, 并且在晶界交汇处呈加速生长。 基于氦泡的形核生长与空洞肿胀的经典模型探讨了在不同辐照条件（He离子、 Ne离子、 Fe/He离子双束、 快中子、 Ni离子）下铁素体/马氏体钢中肿胀率数据的关联。Low activation Ferritic/Martensitic steels are a kind of important structural materials candidate to the application in advanced nuclear energy systems. Possible degradation of properties and even failure in the condition of high temperature and high helium production due to energetic neutron irradiation in a fusion reactor is a major concern with the application of this kind of materials. In the present work microstructural evolution in a 9Cr Ferritic/Martensitic steel (T92B) irradiated with 122 MeV 20Ne ions at temperatures between 0.3—0.5 Tm (Tm is the melting point of the material) was investigated with transmission electron microscopy. High concentration voids were observed in the specimens irradiated at high temperatures when the displacement damage dose and Ne concentration exceed a certain level. Preferential formation of voids at lath boundaries and other grain boundaries was found. The data of void swellings in 9Cr ferritic/martensitic steels irradiated in different conditions (such as with He ions, Ne ions, Fe/He dual beams, fast neutrons, Ni ions etc.) were compiled and analyzed based on a classic model of helium bubble formation, and bubble to void transition.     

12C6+离子预辐射对小鼠胸腺脾脏细胞周期进程的影响

以0, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5 Gy 12C6+ 离子全身预辐照昆明小鼠, 间隔4 h后再对小鼠进行4 Gy全身辐射。 辐照后12 h用流式细胞仪检测小鼠胸腺脾脏细胞在各细胞周期时相的百分率, 同时用单细胞电泳检测受辐射小鼠胸腺脾脏细胞DNA损伤程度。 结果显示, 相对于大剂量预照射组, 各低剂量预照射组胸腺细胞S期细胞百分率显著减少; 脾脏细胞G0/G1期细胞百分率明显减少; 同时胸腺脾脏细胞的拖尾率及拖尾长度明显减少, 以0.1 Gy预辐照效果最为明显。 这些结果表明, 低剂量预辐射处理可以减弱胸腺细胞的S期阻滞及脾脏细胞的G1期阻滞, 并明显减轻胸腺脾脏细胞的DNA损伤程度。     

Contamination process and laser-induced damage of HfO2/SiO2 coatings in vacuum

The performances of HfO2/SiO2 single- and multi-layer coatings in vacuum influenced by contamination are studied. The surface morphology, the transmittance spectrum, and the laser-induced damage threshold are investigated. The results show that the contamination in vacuum mainly comes from the vacuum system and the contamination process is different for the HfO2 and SiO2 films. The laser-induced damage experiments at 1064 nm in vacuum show that the damage resistance of the coatings will decrease largely due to the organic contamination.     

大跨度钢桁桥模型的精细化损伤定位模拟和试验研究

在役大跨钢桁桥数日众多,其杆件往往较长,所以识别出损伤杆并找出局部损伤所处位置对安全评定和加固尤为重要。针对这一问题,参考我国在役钢桁梁桥,基于健康监测的试验目的和相似理论设计制作了贝雷梁式筒支钢桁桥Benchmark模型。根据其结构形式、具体尺寸,并经试验结果修正,建立了基准Matlab有限元模型。环境激励下,首先隔...     

近地轨道质子和α粒子入射InP产生的位移损伤模拟

磷化铟(InP)材料具有禁带宽度大、电子迁移率高、耐高温、抗辐照等优点,是制备航天器电子器件的优良材料.近地轨道内的质子和α粒子对近地卫星威胁巨大,其在InP电子器件中产生的位移损失效应是导致InP电子器件电学性能下降的主要因素.本文使用蒙特卡罗软件Geant4研究近地轨道的质子与α粒子分别经过150μm二氧化硅和2.54 mm铝层屏蔽后,在500/1000/5000μm InP材料中产生的非电离能量损失(non-ionizing energy loss, NIEL)、平均非电离损伤能随深度分布以及年总非电离损伤能.研究发现:低能质子射程短且较易发生非电离反应,入射粒子能谱中低能粒子占比越大,材料厚度越小, NIEL值越大;计算质子和α粒子年总非电离损伤能,质子的年总非电离损伤能占比达98%,表明质子是近地轨道内产生位移损伤的主要因素;α粒子年总非电离损伤能占比小,但其在InP中的NIEL约为质子的2—10倍,应关注α粒子在InP中产生的单粒子位移损伤效应.本文计算为InP材料在空间辐射环境的应用提供了参考依据.     

曲线线路重载机车轮缘裂纹损伤及影响因素研究

针对我国某型大功率重载机车在高原多曲线线路上运行时频繁出现轮缘裂纹的问题,采用理论分析、数值模拟与现场试验相结合的方法对机车轮缘裂纹损伤进行研究。首先,基于多体动力学和安定理论,建立了该型大功率重载机车车辆动力学模型及轮缘裂纹损伤预测模型：其次,通过现场测试数据与数值仿真结果对比,验证了模型的正确性;最后,根据该型重载机车运行线路特点,分析了曲线半径、曲线超高、曲线坡度等线路参数及轮缘润滑对重载机车轮缘裂纹损伤的影响规律。研究结果表明,连续小半径曲线是该型重载机车轮缘裂纹产生的主要原因,此外轮缘润滑对机车轮缘裂纹损伤有显著影响,可通过合理的线路参数设置及轮缘润滑来降低机车轮轨动态相互作用,进而减少重载机车轮缘裂纹的发生。     

3D打印点阵夹芯结构冲击损伤的近场动力学模拟

为了有效模拟3D打印点阵材料夹芯结构在弹丸冲击下的损伤破坏行为,在近场动力学微极模型中引入塑性键,构建了适用于点阵材料夹芯结构的模型和建模方法,在验证模型准确性的基础上,模拟分析了低速和高速弹丸冲击下点阵材料夹芯结构的损伤模式与破坏机理。结果表明：低速冲击下3D打印点阵夹芯结构的破坏模式以局部塑性变形为主;高速冲击下,破坏模式表现为溃裂、孔洞贯穿和碎片喷射,并伴随着大范围的塑性变形。低速冲击下塑性变形范围随冲击速度升高而增大,而高速冲击下则相反。高速冲击下,点阵夹芯结构的贯穿过程分为面板接触、局部屈服、芯材压溃、穿透4个阶段,弹丸经历了急-缓-急3段减速过程,并对应2个加速度高峰,第2个加速度峰值低于第1个加速度峰值的50%;低速冲击过程中,弹丸仅有1次减速过程,加速度峰值随冲击速度的升高而增大,最终弹丸反弹。     

含砂流对弯管段冲蚀的机理分析

管道的弯管段、闸阀等处常常面临含砂流动的冲蚀磨损而导致管壁减薄或泄漏。为研究弯管段冲蚀磨损的主要机制,进行了加入5%石英砂的固液两相管流循环试验。试验按砂粒粒径分组,主要观测布置在弯管段的一组碳钢贴片在2~3小时后的壁面冲蚀特征。用失重法计算各贴片的冲蚀速率,基于扫描电镜(SEM)研究了贴片表面的损伤形貌。冲蚀后的贴片表面既有犁沟、挤压凹坑及划痕,亦有圆形蚀坑。能谱分析(EDS)显示有一定量的铁氧化物,且不同位置处的贴片失重率有正有负,由此可见导致贴片表面破坏的机制既包括切削、挤压和二次冲击等含沙流流动的机械作用,也伴随着腐蚀作用。这两种机制在弯管各区有不同的体现,且受砂粒粒径的影响。用数值模拟的两相流冲蚀弯管段流场压力和颗粒分布特征做了验证。结果表明弯管段的壁面损伤机制在外拱壁面以颗粒冲击和切削为主,在内拱璧面则以氧化腐蚀为主。     

基于CT扫描的环氧树脂基混凝土裂缝观测与冲击损伤演化研究

环氧树脂基混凝土是一种新型路面铺装材料。本文估算了道路使用过程发生"跳车"现象时货车车轮对路面产生的冲击荷载,根据计算结果,利用落锤冲击试验机对含有不同程度初始损伤的环氧树脂基混凝土试件进行多次冲击试验,研究其冲击疲劳现象。为了准确描述环氧树脂基混凝土的初始损伤,采用CT(计算机断层)扫描技术重构了试件的立体图像,对其中的内部裂缝进行了统计,建立了初始损伤裂缝体积占试件体积的百分比与基于材料弹性模量衰减的损伤变量之间的关系。通过追踪经受一定次数冲击后试件的弹性模量,分析了不同程度初始损伤下环氧树脂基混凝土的冲击损伤随冲击次数的变化规律;结合多次冲击荷载下环氧树脂基混凝土弹性模量的衰减,研究了初始损伤对环氧树脂基混凝土冲击疲劳过程中损伤演化规律的影响。     

皮秒双脉冲LA-LIBS对合金样品的微损元素分析

研究了基于一台皮秒Nd∶YAG激光器实现合金样品的双脉冲激光剥离-激光诱导击穿光谱(LA-LIBS)微损元素分析。实验采用低能量的532 nm二倍频激光烧蚀并剥离出微量样品,然后采用较高能量的延时1064 nm激光对剥离出的样品进行二次激发,以增强等离子体中的原子辐射强度和提高光谱检测灵敏度。实验分别研究了烧蚀激光脉冲和二次激发光脉冲的能量对信号强度的影响。在烧蚀激光脉冲能量为10 μJ,二次激发光脉冲能量为2.5 mJ的条件下,LA-LIBS中Cu Ⅰ 324.75 nm原子谱线的强度与单脉冲LIBS相比改善了86倍,激光烧蚀坑洞的直径小于10 μm。研究表明：基于一台皮秒Nd∶YAG激光器,采用双脉冲LA-LIBS技术可以较好地实现对固体样品的微损元素分析。该技术在贵重样品分析和高空间分辨的二维元素显微分析中具有一定的应用价值。