爆炸加工洞内自然通风三维数值模拟和模型实验研究

为减少对环境污染而建造全球最大爆炸加工场地,建造之前需要对其进行深入研究,特别是自然通风问题。为此,本文对实际结构的1/6模型进行实验研究,同时采用三维瞬态数值模拟方法,对实际结构和1/6实验模型在自然通风条件下有害气体浓度衰减情况进行详细研究。通过数值模拟可以推导出1/6实验模型与实际结构有害气体衰减时间比例常数;并依据1/6模型实验结果,推测出实际结构有害气体排出时间,为实际结构设计提供理论支持。     

爆炸焊接基复板间隙中的气体冲击波

通过分析研究爆炸焊接基复板间隙中的气体运动,建立了冲击波传播的理论模型,通过理论分析和计算说明了基复板间存在气体冲击波管道效应。管道效应使复合板尾部在爆炸焊接形成前发生上翘,造成板尾部焊接能量偏大,或使尾部炸药压死,是工程中长大复合板尾部焊接质量降低或失效的主要原因。还通过建立简化模型,分析了复合板宽度、各种保护性气体和粗真空对管道效应的影响,说明了选择爆炸焊接保护气体的原则,进而使用氦气保护进行了钛钢、铝镁爆炸焊接实验验证,为气体保护爆炸焊接、真空爆炸焊接技术的进一步开发研究奠定了理论基础。     

Mie-Grüneisen状态方程的物理力学释义

通过建立一种简单的固体一维点阵定容热振动的物理力学模型,完全由力学方程推演出了Mie-Grüneisen形式的固体状态方程,并从力学本质上明确了热压力的物理意义是原子热振动时均值所造成的作用力偏载量。所得Grüneisen系数与频率的关系说明,真实三维晶体的Grüneisen系数与晶体结构相关。在简单立方晶体的情况下,获得了与Dugdale-MacDonald公式形式相同的Grüneisen系数-冷压微分关系式。研究结果证明,在状态方程构建方面,"物理力学"是一种非常有效的研究工具。     

地下防护结构在冲击载荷作用下的动态破坏过程

通过数字高速摄影技术和动态电测技术,对马蹄形地下防护结构在冲击载荷作用下的动态破坏过 程进行了缩比模型实验研究。结果表明,底部是整个马蹄形结构最为脆弱的部分,需要重点防护。在结构内 层加装钢板或其他高强度防护材料会显著提高该种结构的抗冲击能力。结构的破坏是一个动态累积的过程, 而材料的抗拉强度直接影响这类结构的抗毁伤能力。通过获得的实验数据验证了采用LS-DYNA 有限元软 件对于地下防护结构在冲击载荷作用下破坏过程进行研究的可行性和准确性。     

爆炸压实过程中颗粒碰撞问题的SPH法数值模拟

 目前采用SPH无网格方法对大变形问题进行数值模拟已成为计算机仿真技术的研究热点。利用LS-DYNA程序中的SPH法对粉末爆炸压实过程中颗粒的碰撞问题进行了数值模拟。在二维及三维模型下，模拟出了微射流的产生及孔隙塌缩闭合过程，验证了粉末压实理论。另外还利用三项式状态方程及Rankine-Hugoniot关系推导得出了LS-DYNA中采用的高压下固体材料的Grüneisen状态方程。     

爆轰裂解法制备纳米石墨粉的吸附性能研究(英文)

在酸含量不同的原材料中,通过爆轰的方法制备纳米石墨粉,并利用BET方程以及BJ H方法对所得纳米石墨粉进行比表面积和孔径分布分析。分析结果表明,所得爆轰产物中有的比表面积大致为天然鳞片石墨的5.3~9.2倍,而且随酸含量的增大逐渐增大,产物的等温线中存在吸附滞后现象。其中,增大的比表面积主要由分布在3 nm至7 nm之间的孔引起的,而且在爆轰后,孔径4 nm左右的孔,其数量达到最大值。通过对纳米石墨粉的研究,分析了酸在爆轰过程中的积极作用,并为纳米石墨粉的进一步应用提供了结构信息。     

碳点在润滑领域中的应用

各种形式的摩擦和磨损不仅消耗了全球20%以上的能源,而且造成大量设备损坏。因此,开发减摩抗磨润滑材料对节约能源、延长机械设备使用寿命具有重要意义。碳点是一种新型的碳纳米材料,被广泛应用于化学传感、生物成像、催化、光电器件等领域。近年来,大量研究探索了碳点在工业润滑、微/纳米电子机械系统润滑、生物润滑等润滑领域的应用,证明了碳点具有优异的摩擦学性能,具备巨大潜力成为下一代绿色高效的减摩抗磨润滑材料。然而,至今仍缺乏碳点在润滑领域应用的系统性总结论述。因此,本文对碳点在润滑领域应用的研究进展作了全面系统综述。首先,详细介绍了碳点作为纳米添加剂和润滑涂层的润滑效果及提升其润滑性能的3种策略(尺寸形状控制、表面修饰、杂原子掺杂);然后,全面分析了碳点的润滑机理;最后概述了碳点在润滑领域应用所面临的主要挑战。     

爆轰产物状态方程的水下爆炸反演理论研究

由于水下爆炸过程中爆轰产物的信息以水中压缩波形式向外传递，本文旨在探讨如何利用水下爆炸试验数据确定爆轰产物的状态方程。相较于常规圆筒试验，水下爆炸试验具有装置简单成本低、装药尺寸限制少、测定压力范围更广的特点，更适用于大药量或非理想炸药的现场测试。本文从水中冲击波轨迹和波后压力时程曲线出发，发展了由冲击波及其波后流场还原水气界面的逆特征线算法，以及根据水气界面确定爆轰产物状态方程的遗传算法。与水下爆炸正演结果对比，发现逆特征线法可以较准确地还原水气界面的位置和压力参数，有效压力下限可达2 MPa，远低于圆筒试验的测试下限0.1 GPa。根据水气界面的反演结果，遗传算法也能稳定地优化JWL方程参数，8种常用炸药的等熵衰减压力误差在爆压至0.01 GPa的区间内都小于3%。结果表明，利用本文的逆特征线算法和遗传算法，理论上可以反演出压力范围较宽、准确性较高的爆轰产物状态方程。     

气相爆炸流场中TiO_2纳米颗粒生长的数值分析初探

气相爆炸制备TiO2纳米颗粒的实验成果在近年来多有报道,但对颗粒成长的模拟尚不多见。引入一种气溶胶的单分散性物理模型(Kruis模型),将其应用于气相爆炸流场中TiO2纳米颗粒生长的数值模拟,结合气相爆炸制备实验进行对比分析。结果表明,通过控制前驱体反应组分,气相爆轰合成了直径范围为20~150nm的球形TiO2纳米颗粒。数值模拟得到的颗粒大小与实验观测结果基本一致。影响纳米颗粒生长的主要因素包括反应温度、颗粒浓度及反应时间。