Rate effect and coupled evolution of atomic motions and potential landscapes

Since rate effect of materials plays a key role in impact engineering, the microscopic mechanism of rate effect is investigated at molecular level in this paper. The results show that rate effect on the strength of atomic system is closely related to the coupled evolution of atomic motions and potential landscapes. Accordingly, it becomes possible to develop a new algorithm of molecular simulation, which could properly and efficiently demonstrate strain rate effect under a wide range of loading rates and unveil the mecha- nisms underlying the strain rate effects.     

铝粉点火微观机理的光谱研究

 铝粉是一种含能高的材料，它被广泛地添加到含能材料中。利用3台单色谱仪和OMA谱仪等多种谱仪技术，研究了铝粉在几种不同环境下的快速反应微观特性。研究表明：铝粉冲击波点火的临界条件和铝粉的物理状态相关。微米铝粉点火的临界温度为2 100 K，它接近Al₂O₃的熔化温度。它表明，在空气中容易氧化的微米铝粉点火，必须使铝粉表面的氧化层熔化。在气相反应中，微米铝粉和氧的反应是主要的；和水的反应是次要的。减小微米铝粉的颗粒尺寸，可以明显提高快速反应温度。 含铝复合燃料中的液体燃料反应后的铝粉才能参与反应；铝粉添加至气相反应介质后将明显提高反应温度。     

半晶态聚合物拉伸变形的微观机理

应用大规模分子动力学方法,采用粗粒化聚乙烯醇模型,模拟了晶区与非晶区随机交杂的半晶态聚合物模型系统,研究了半晶态聚合物在单轴拉伸变形过程中的应力-应变行为和微观结构演变.应力-应变曲线表现出4个典型变形阶段:弹性变形、屈服、应变软化和应变强化.在拉伸变形过程中,主要存在晶区折叠链之间的滑移、晶区破坏、非晶区的解缠结,以及分子链沿拉伸方向重新取向等4种主要的微结构演变形式.在屈服点附近,晶区分子链之间排列紧密程度减小而发生滑移,之后晶区变化需要的应力变小,从而形成应变软化现象.随着应变的增大,经各分子链段协同作用使非晶区分子链的解缠结和重新取向行为扩展到相对宏观尺度,导致拉伸应力增大而形成应变强化现象.     

气相爆轰激波管实验研究综述

在广泛调研国内外利用激波管进行气相爆轰基础实验研究的基础上,从宏观和微观两方面归纳总结了气相爆轰基础研究的内容。宏观方面主要研究气相爆轰在光滑直管道中或非理想条件下的传播规律;微观方面主要运用谱仪技术与化学反应动力学相结合的方法,研究气相爆轰激励下,含能材料发生快速反应的微观机理。文中调研和总结的研究方法和技术,可为利用激波管开展气相爆轰基础研究提供参考。     

扫描电镜下断口表面的三维重建及分形维数的测量

基于数字散斑相关方法,利用扫描电镜立体对技术和计算机视觉方法实现了物体表面的三维重建,讨论了影响其精度的原因,并且利用分形理论对表面的三维形貌进行了定量分析,由立方体覆盖法得到了三维形貌的分形维数.作为应用的实例,将该方法应用到岩石断口的三维重建中,得到了重建后的高度云图和分形维数.结果表明,利用扫描电镜立体对技术对断口表面进行三维重构并进行分形维数的计算是一种行之有效的断口定量分析方法.这为研究材料断裂的微观机理、断裂过程和断裂性质等问题提供了一种途径.     

水合物CH4-CO2置换的双重机理:空位辅助与竞争

过去的CO2置换甲烷水合物的微观机理研究,主要集中在客体分子(CH4、CO2)之间的交换、占据状态,孤立地研究分解过程或生成过程,忽视主体-客体之间的作用、主体分子(H2O)的空位辅助和客体分子的多重竞争通道。本文基于水合物分解的过冷水及其水空位辅助,以及水合物生成的串滴链及其客体分子竞争的研究,进一步评论水合物CH4-CO2置换的双重机理。然后,对微观机理的动态性和未来研究的相关问题进行讨论。通过综述和评论,文章得出以下初步结果:过冷水通过水空位推动客体分子的跳跃、扩散,实现置换过程的自组装;CO2分子在分解前沿形成一个有序结构的CO2串滴链,其动态性伴随水的组织到获取包合物笼的结构,以及非晶形包合物转变成晶形包合物的生长过程;CO2和CH4在中晶穴中必然产生竞争,并且存在多种竞争类型;成核过程中,不稳定簇导致竞争结构,且有多重竞争通道。最后,结果表明水合物的CH4-CO2置换机理具有双重性,即主体分子的空位辅助和客体分子的竞争,是分解过程和生成过程的自然统一。     

位错动力学方法在辐照损伤力学中的应用

核能是人类最理想的清洁能源之一，在世界能源结构中发挥着巨大作用。核裂变或核聚变导致的辐照环境会引起材料的辐照损伤，进而显著影响材料的力学性能，造成辐照硬化、脆化、蠕变、肿胀等现象。无论是预测辐照材料的服役寿命，还是设计新型的抗辐照材料，都迫切需要建立强辐照环境下的塑性力学和损伤力学理论。分子动力学方法为理解辐照材料中的原子级相互作用机理提供了诸多有价值的信息，然而受限于时空尺度难以直接用于力学理论模型的建立。晶体塑性有限元方法可用于预测辐照材料的力学响应，但是往往需要基于已知的物理模型，并且拟合实验数据。位错动力学方法是联系纳米力学与连续介质力学的桥梁，是揭示大量微结构的累积相互作用机理，建立基于物理机制的塑性力学和损伤力学理论的强有力手段。位错动力学方法起源于上个世纪八十年代，起初主要用于研究位错间的短程和长程相互作用、计算位错运动引起的塑性变形、硬化、软化、变形局部化等。本文将展示三种耦合位错动力学和辐照损伤场的方法，并系统地综述研究者近年来使用该方法在理解辐照硬化、塑性变形局部化、晶界效应、温度效应、和发展多尺度耦合方法等方面取得的进展。     

重整化方法及其应用的研究进展

 爱因斯坦曾经说过,"我想知道上帝是如何创造这个世界的。我对这个或那个现象、这个或那个元素的谱并不感兴趣。我想知道的是他的思想,其他的都只是细节问题。"作为科学家,肯定醉心于探索这种基本思想的感受,那么大自然究竟是按照什么基本思想和规则设计的呢?重整化思想可能是其中的一个主要候选者。     

非平衡统计断裂力学基础

非平衡统计断裂力学是用非平衡统计概念和方法结合微裂纹(或微空洞)演化动力学从微观机理推导出宏观力学量的断裂理论.它以微裂纹演化方程为核心,结合从微观机理求得的微裂纹长大速率和成核率以及最小强度原理,统一导出微裂纹分布函数、断裂概率、可靠性、失效率、损伤断裂动力学方程、强度、韧度和寿命等各种与断裂有关的力学量的统计分布函数、统计平均值和统计涨落.本文理论可广泛适用于金属和结构陶瓷的脆性、疲劳、延时和环境断裂等多种断裂类型.本文通过金属的脆性、疲劳和延时断裂,扼要综述了上述主要思想、方法和结果.     

非水解溶胶-凝胶法低温合成钛酸钡粉体

以乙二醇和乙醇的混合液为复合溶剂,乙酸钡和钛酸丁酯为反应前驱体,采用非水解溶胶-凝胶(NHSG)法制备了钛酸钡粉体。借助XRD、FE-SEM、TEM、FTIR等研究了复合溶剂配比、钡钛比例以及热处理温度等工艺参数对合成BaTiO_3的影响,探究了NHSG法合成BaTiO_3的形成机理。结果表明:乙二醇用量过多或过少均不利于BaTiO_3的合成;适当提高钛的用量可以提高BaTiO_3的合成效果;优选溶剂比为2∶1,钡钛比为1∶1.1时可在550℃合成晶粒尺寸在40~60 nm范围的立方相BaTiO_3粉体;非水解的反应机制是通过脱酯的缩聚反应实现了Ba和Ti原子级的均匀混合,然后直接晶化形成BaTiO_3晶相。