钨粉爆炸烧结对粉末初始参数依赖关系的研究

本文从粉末爆炸烧结的能量沉积概念出发,提出了粉末爆炸烧结下限概念,讨论了钨粉末的爆炸烧结密度值和硬度分布对粉末初始参数的依赖关系,给出了实验结果。从理论和实验阐述了粉末初始参数在爆炸烧结实验中的重要作用。     

尼龙粉末在SLS预热温度下的离散元模型参数确定及其流动特性分析

尼龙粉末是增材制造中常用的粉体材料,温度对其流动性有重要影响. 探索尼龙粉末增材制造预热温度下的流动性是研究选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)工艺中粉体铺展成形的基础. 选取SLS技术中的尼龙粉末为原材料,采用离散元数值方法,研究尼龙粉末的流动行为,是增材制造工艺数值模拟和铺粉工艺优化的研究热点. 以Hertz-Mindlin模型为基础,基于Hamaker理论模型和库伦定律,在尼龙粉末的接触动力学模型中引入范德华力和静电力,建立预热温度下尼龙粉末流动的离散元模型(discrete element method, DEM),通过对比相应实验结果,标定了该模型的参数. 对加热旋转圆筒中尼龙粉末流动过程进行了DEM数值模拟,校核了所建模型的正确性,并研究了粉体粒径分布对尼龙粉末流动特性的影响规律. 研究表明,尼龙粉末黏附力是静电力与范德华力的共同作用结果;随着粉体粒径的增大,尼龙粉末崩塌角增大,流动性增强;相对于高斯粒径分布,粒径均匀分布的尼龙粉末颗粒流动性更强. 研究结果可指导SLS中铺粉工艺的优化.      

爆炸烧结W-Cu合金药型罩材料及其性能

利用高能球磨制取W-Cu合金化粉末,采用爆炸烧结的方法制取W-Cu合金药型罩材料.爆炸烧结样品相对致密度达到99.6％,EPMA分析表明样品内各成分及元素分布均匀.对烧结样品作XRD分析,计算其晶粒尺寸为26 nm.使用固结样品加工成W-Cu合金药型罩,显示了良好的成形性.进行无隔板的静破甲实验,并与相同工艺条件下制取...     

纳米W粉冲击烧结的分子动力学模拟

粉末冲击烧结是制备高品质W的一种有效方法,而分子动力学方法在尺度极小、过程迅速的数值模拟上有着独特的优势。因此运用分子动力学方法,结合W的嵌入原子势,对常温下的纳米W粉末的冲击烧结过程进行模拟,得到颗粒微观压实过程图、体系速度分布云图、p-U_p、T-U_p、T-p曲线以及径向分布函数。研究了不同颗粒速度及产生的射流对纳米W粉末冲击烧结影响,分析了微观冲击烧结机理。结果表明,低速冲击条件下（500 m/s以下）,纳米颗粒无法压实。高速条件下（1 000 m/s及以上）,颗粒能获得致密化很高的压实。颗粒间的相互挤压造成的高应力使颗粒表面的原子发生流动变形,原子向颗粒间空隙流动,形成压实。颗粒间产生的射流以及高速冲击导致的颗粒熔化,均促进烧结获得致密度更高的烧结体。     

粉末注射成形中偏析效应及其影响的数值模拟

在金属或陶瓷粉末注射成形中,由于粉末与粘结剂的密度差异,二者在高速充模的过程中会产生局部比例变化,即偏析现象.针对偏析现象,采用两相流注射模型,将注射喂料视为由粉末相和粘结剂相组成的混合流体,预测注射成形坯件中粉末相和粘结剂相的分布.将结果引入到后续的烧结模拟中,宏观烧结模型采用基于热弹粘塑性的本构关系.据此模拟产品在烧结过程中发生的收缩和变形以及预测产品在烧结过程中现场强度(In-situ strength).模拟结果说明注射坯件的非匀质性导致产品的烧结过程中产生非均匀收缩和内部应力的大幅度上升,影响产品的精度和性能.这种从注射到烧结的模拟体系可用于优化粉末注射成形工艺的喂料设计、模具设计以及注射和烧结工艺参数的选取.     

粉末材料爆炸压实数值模拟

本文对粉末爆炸压实数值模拟作了系统评述。首先叙述了流体弹塑性体的模型、方程和计算方法;然后对一些典型的程序编码作了介绍;总结了粉末爆炸压实数值模拟最新进展,最后,对未来发展方向提出了我们的看法．      

尼龙粉末在SLS预热温度下的离散元模型参数确定及其流动特性分析

尼龙粉末是增材制造中常用的粉体材料,温度对其流动性有重要影响.探索尼龙粉末增材制造预热温度下的流动性是研究选择性激光烧结(selective laser sintering, SLS)工艺中粉体铺展成形的基础.选取SLS技术中的尼龙粉末为原材料,采用离散元数值方法,研究尼龙粉末的流动行为,是增材制造工艺数值模拟和铺粉工艺优化的研究热点.以Hertz-Mindlin模型为基础,基于Hamaker理论模型和库伦定律,在尼龙粉末的接触动力学模型中引入范德华力和静电力,建立预热温度下尼龙粉末流动的离散元模型(discrete element method,DEM),通过对比相应实验结果,标定了该模型的参数.对加热旋转圆筒中尼龙粉末流动过程进行了DEM数值模拟,校核了所建模型的正确性,并研究了粉体粒径分布对尼龙粉末流动特性的影响规律.研究表明,尼龙粉末黏附力是静电力与范德华力的共同作用结果;随着粉体粒径的增大,尼龙粉末崩塌角增大,流动性增强;相对于高斯粒径分布,粒径均匀分布的尼龙粉末颗粒流动性更强.研究结果可指导SLS中铺粉工艺的优化.     

爆炸烟云扩散的时空分布模型及特性

针对爆炸烟云扩散的时空分布问题,在严格限定实验条件的前提下,设计并开展了不同当量、不同地面条件、不同炸药装置壳体厚度的3组TNT爆炸烟云扩散外场实验,获得了不同实验条件下烟云扩散时空分布数据,运用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)对爆炸烟云的扩散过程进行了数值模拟。通过分析实验和数值模拟获取的烟云时空分布数据,得到了烟云扩散形态演变过程及浮力流场信息,确定了厚水泥地面条件和硬质地面条件下不同的爆炸烟云扩散高度分布模型。研究结果表明:采用实验与数值模拟相结合的方法来表征烟云时空分布模型是科学可行的,爆炸烟云高度随时间呈1/2次幂函数增长,烟云宽度短时间内几乎呈线性扩展,烟云温度随时间呈反比例函数衰减,爆轰地面条件和炸药装置壳体厚度对烟云扩散高度均有不同程度的影响。     

冲击波对氮化铝粉体的活化及烧结

ＡＬＮ在冲击波活化后，粉末内部储存了大量表面能及缺陷能，实现了不加助剂的烧结。我们对此工艺进行独创性的探索，已经证明随着冲击波压力的增大，ＡＬＮ粉末粒度先是减小后是增大；粉末的微观应变随着冲击波压力增大而急剧增大。并得出压力幅度在８～１２ＧＰａ范围内的冲击波活化过的ＡＬＮ粉末，其烧结活性的提高，相当明显。     

双管一中心杆爆炸烧结对改进烧结体质量的实验研究

为了改进单管爆炸烧结装置所得成品诸多缺陷，本实验对烧结装置进行双管设计且添加轴芯的方法，以消除聚心滑移爆轰驱动单管压实过程中常伴随的裂纹及马赫孔现象；同时，由于外管在间隙中飞行所实现的聚能效果使碰撞压力较高，且应力波在双管及轴芯之间的传播、反射使其较之于单管情形而言，烧结体更致密、均匀。最后通过对钨、铜、镍、钴混合金属粉末的烧结体进行分析，其相对密度达98．3％；宏观硬度测试结果表明块体沿径向洛氏硬度非常接近，因而可以推知其强度、密度沿径向分布较为均匀。     

条形药包爆炸作用在土中显著影响范围的数值模拟

爆炸固结法是软土地基处理的新方法。为了分析爆炸作用在土中的变化规律,通过有限元方法对单孔条形药包在土中爆炸的数值模拟,在验证计算结果与实测数据的基础上,对地基中单孔条形药包在上覆压力和药量两组爆炸参数下进行模拟对比分析,以解决在不同上覆压力和药量条件下条形药包爆炸作用在土中的显著影响范围。针对条形药包土中爆炸问题,运用ALE算法解决了炸药网格的畸变问题。研究结果表明,上覆压力发挥作用的主要时间不是在爆炸瞬间,而是在爆炸以后的时间段,主要的贡献是对爆炸产生的孔隙水压的消散作用。而炸药的药量对于布置爆炸孔和竖向排水通道的间距影响具有较大影响。     

铝粉颗粒度对黑索金含铝炸药粉快速反应影响的微观特性研究

利用我们研制的光谱技术及回收技术成功地研究了含铝炸药粉中铝粉快速反应的微观特性。研究发现:铝粉越细，能和氧原子、氢原子（或含氧分子）反应的激励态铝原子增加，铝氢化反应与氧化反应加剧；但是颗粒度小于５０ｍ后，颗粒度对铝粉氧化反应的影响不明显。激励压力增加可导致铝粉氧化反应加强，激励压力大于１．２ＭＰａ后氢化反应减弱，激励态铝原子减少。激励态铝原子减少的原因是铝粉结块造成。     

爆炸容器动力学研究进展评述

对爆炸容器在其内部爆炸加载下动力行为的理论和实验研究成果作了综述，对这一方面的工作作了展望并提出了一些建议．     

多孔介质中收聚圆锥冲击波的相互作用的实验研究

我们从实验上研究了铝粉、铁粉和钨粉中收聚圆锥冲击波的相互作用,并导出了利用实验数据计算此波锥顶角的公式。     

固结系数的空间变异性对一维固结的影响分析

采用空间均值的方差的两种算法分析了自相关距离对固结系数的变异性的影响。结果表明,随着自相关距离的增大,固结系数的变异性增大。分析了不同土层的固结系数的不同,变异性对一维平均固结度的影响是不同的。结果表明分析一维固结,应视土层情况和工程性质考虑是否用随机场来模拟土的固结。     

辽西风积土动应力试验研究

通过对辽西地区风积土动三轴试验, 研究了动荷载作用下辽西风积土的动强度特性和抗液化特性.通过控制不同的动荷幅值、固结比和固结围压等试验条件, 获得了抗震设防烈度为7 度时, 辽西风积土的动应力值和抗液化剪应力比. 利用Excel 软件, 对试验数据进行回归处理, 得到了该土试样的动应力与固结比和固结围压两种因素的经验关系式. 试验和回归分析结果表明, 风积土的动应力与固结比和固结围压成正比. 试验研究了不同固结比条件下辽西地区风积土的液化强度特性, 获得了不同固结比条件下的抗液化剪应力比. 试验结果表明, 风积土的抗液化剪应力随着固结比的增加而增大. 上述试验结果对于辽西地区工程的抗震设计具有重要的指导意义和工程实用价值.     

研究爆速直径效应的爆轰冲击波动力学方法

利用爆轰冲击波动力学（ＤＳＤ）的广义几何光学模型，得到了圆杆药柱中拟定态二维爆轰波阵面形状的解析解。在两步反应模型假定下建立了ＤＳＤ的边界条件，用爆速亏损表示阵面上炸药未反应分数，就可得到渐近爆速与药柱直径的关系，即得到计算爆速直径效应的模型。本文模型的实际意义是利用直径效应已有的大量实验数据，给定ＤＳＤ方法所需要的、又难以实验测定的各种常用炸药的爆速曲率常数（ｄＤｎ／ｄ）０，以及渐近状态下爆轰波与药柱边界的夹角。     

铸装TNT炸药表面热点温度的测量

非均匀炸药冲击起爆的热点理论一直是爆轰物理中,人们普遍关心的课题之一。本文对热点温度实验测量工作进行了尝试,叙述了用多通道光学高温计测量非均匀炸药表面热点温度的原理及方法。用实验方法得到在3.44GPa左右的冲击压力下,铸装TNT炸药表面热点温度约为3640K。