高温超导带材多场特性测试系统研制进展(Ⅱ)

考虑到第一代高温超导带材多场特性测试系统采用液氮浸泡的方式进行材料冷却,这极大地限制了其应用范围。另外,封闭的杜瓦结构对于超导材料在变形过程中的电磁特征难以实现有效观测,这成为弄清超导材料变形导致其载流能力下降物理机制的主要瓶颈。为此,我们采用制冷机直接冷却方式,获得了最低6.59K的样品温度。采用PID温度控制,实现了从6.59K至300K样品温度的精确控制,控温精度为0.1K。采用外置式的加载装置,通过机械传动实现对试样的准静态拉伸,其最大拉伸应变可达20%。自行设计了一种高温超导导线,采用制冷机一级冷头直接冷却,实现了密闭杜瓦容器中最大可达600A的电流输入。最后,在杜瓦瓶设置直径50mm的光学观察窗,采用磁光镜像的方法实现了超导材料电磁特性的原位观测。     

多场耦合系统动力学仿真方法研究进展

现代工程系统往往是以复杂结构/机械系统为主体,融合热、流、电磁等若干子系统的多场耦合系统.此类系统动力学建模复杂、计算难度大,给系统动态特性高效精确评估与设计优化带来前所未有的挑战,有关其高效精确动力学仿真方法的研究愈发受到关注.本文详细回顾了复杂工程系统多场耦合动力学仿真方法研究成果和进展,包括:多场耦合动力学建模与数值求解基本策略、网格变形处理方法、耦合数据交换技术、数值计算效率等问题,在此基础上详细讨论了单一和混合不确定性条件下多场耦合系统不确定性分析及可靠性评估方法,以期为相关研究提供有益的借鉴和参考.     

柴油机气缸盖多场耦合三维有限元分析

气缸盖是柴油机重要的零部件之一,在工作过程中承受着高温与交变的机械载荷,其强度是设计人员非常关心的问题。本文利用有限元分析软件MSC．MARC,对某柴油机气缸盖进行三维非线性有限元分析,在考虑各组件接触关系的基础上,计算了气缸盖在螺钉的预紧力、热载荷、爆发压力多场耦合作用下的应力场和位移场分布情况,为改进设计提供参考。     

水凝胶多场耦合计算力学

作为一种具有多场耦合特性的智能柔体材料,水凝胶的制备技术、性能表征与结构应用得到迅速发展。本文在分析水凝胶本构理论和结构设计的基础上,提出了水凝胶多场耦合计算力学的基本方法和范式,包括微观粗粒化分子动力学模拟和宏观耦合有限元方法等,计算了化学-力学耦合作用下水凝胶材料与结构的变形和应力,给出了多个数值算例与结果比较。研究指出多场耦合计算力学将成为水凝胶材料和结构分析的主要手段,并推动水凝胶等这类智柔材料的性能设计与工程应用。     

容器内爆炸多传感器测试系统的原理设计与应用

为对炸药爆炸进行测量和监控,出于安全以及测试方便考虑,试验需要在爆炸容器中进行。由于测试任务的需要,试验中使用的传感器的类型及数量较多,包括各种压力传感器、应变传感器以及爆速传感器等,因此构建一个多传感器的测量系统就显得十分重要。文章给出了试验容器的基本结构,介绍了钢筒内化爆试验爆炸冲击波压力测试系统的原理设计与应用,构建了传感器、起爆和同步触发、爆速监测以及数据采集存储几个主要部分组成的测试系统,并对系统几个主要组成部分进行了详细的阐述。压杆测压解决了高压测量中的测量困难以及传感器使用效率低的问题,取得了良好的实际应用效果。     

天然气水合物开发多物理场特征及耦合渗流研究进展与建议

天然气水合物作为一种非常规的清洁能源, 在全球分布广、资源量大. 自20世纪90年代以来, 加拿大、美国、日本、中国已经先后进行了陆域及海域的水合物试采, 但发现出砂、单井日产气量低、稳产时间短等问题, 试采产量远不能满足商业化开发的需求, 其中核心问题是对水合物开发过程中的相变、多相多组分多场耦合渗流特征的认识不够明晰. 本文根据天然气水合物开发过程中涉及的渗流场、温度场、化学场、力学场等多场耦合特征, 重点综述水合物生成/分解对各物理场主要特征参数的影响, 包括水合物储层的孔隙度、水合物饱和度、渗透率、相对渗透率等基础物性参数及其动态演变, 天然气水合物的导热系数、比热容、热扩散系数以及水合物生成/分解热等热力学参数, 天然气水合物生成、分解动力学特征, 纯水合物以及含水合物沉积物的力学性质等, 最后阐述了天然气水合物开发渗流中的多场耦合关系及相互作用, 提出了今后水合物开发多物理场特征及耦合渗流的科学研究、技术开发的有关建议.      

精密离心机流-热-固多场耦合计算方法

离心机是惯性导航系统加速度计的标定设备,转盘变形将严重影响标定精度。基于耦合理论研究了离心机流-热-固多场耦合问题的数值计算方法,分析了此类问题的全耦合数学模型,研究了求解数学方程的强、弱耦合算法及其应用。根据耦合方式不同定义了三种分析方法:直接法、顺序迭代法和顺序耦合法,建立了它们与强、弱耦合算法的联系。验证方法正确性后,对比离心机温度场强、弱耦合算法的计算结果发现,强耦合算法计算时间长,但模拟细节好,更接近真实情况,弱耦合算法计算时间短,但精度较低,故采用强耦合算法计算离心机流场和温度场。三种分析方法计算热-结构耦合的结果相近,故选择顺序耦合法计算离心机结构变形。     

天然气水合物开发多物理场特征及耦合渗流研究进展与建议

天然气水合物作为一种非常规的清洁能源,在全球分布广、资源量大.自20世纪90年代以来,加拿大、美国、日本、中国已经先后进行了陆域及海域的水合物试采,但发现出砂、单井日产气量低、稳产时间短等问题,试采产量远不能满足商业化开发的需求,其中核心问题是对水合物开发过程中的相变、多相多组分多场耦合渗流特征的认识不够明晰.本文根据天然气水合物开发过程中涉及的渗流场、温度场、化学场、力学场等多场耦合特征,重点综述水合物生成/分解对各物理场主要特征参数的影响,包括水合物储层的孔隙度、水合物饱和度、渗透率、相对渗透率等基础物性参数及其动态演变,天然气水合物的导热系数、比热容、热扩散系数以及水合物生成/分解热等热力学参数,天然气水合物生成、分解动力学特征,纯水合物以及含水合物沉积物的力学性质等,最后阐述了天然气水合物开发渗流中的多场耦合关系及相互作用,提出了今后水合物开发多物理场特征及耦合渗流的科学研究、技术开发的有关建议.     

航行体出水破冰的多场耦合效应与相似律

航行体出水破冰中的耦合效应及载荷特征, 是出水冰结构安全性评估的重要依据. 针对航行体出水破冰问题, 通过量纲分析, 获得了影响航行体动载荷及头部应力的主控参数和相似律. 基于LS-DYNA流固耦合计算方法, 得到了航行体在不同冲击速度、冰层厚度、冰层大小条件下的载荷特性. 计算结果表明, 航行体速度越大, 不同冰层对其过载和头部应力的影响差别越大, 这主要是因为航行体速度越大, 通过水介质对不同冰层的前期破坏程度不同. 对于无限大冰层, 当其厚度大于3倍航行体直径时, 航行体穿冰后期呈现稳定侵彻现象, 航行体的过载和头部应力只与航行体的速度和冰的动力学性能相关; 而对于薄冰, 航行体速度越大, 其头部应力反而越小, 这是因为航行体初速度越大, 其通过水的运动对冰的前期冲击破坏越严重, 冰层易开裂上鼓, 所以造成航行体头部应力较小. 对于径向尺寸为6倍航行体直径的碎冰, 当其厚度大于5倍航行体直径时, 碎冰对航行体运动特性的影响和无限大冰层几乎相同; 而当其厚度小于3倍的航行体直径时, 只有在初速度较低时, 碎冰的尺寸效应才可以忽略. 此外, 对比碎冰和无限冰层对航行体运动的影响可以看出, 越厚的冰受前期水的冲击破坏越小, 碎冰和无限冰层的影响规律基本一致; 而较薄的冰在前期水的冲击下破坏严重, 碎冰和无限冰层对航行体运动的影响都较小; 只有中等厚度的冰, 在较高冲击速度下碎冰和无限冰层才表现出径向尺寸效应相关的破坏程度, 如无量纲厚度为3的两种冰在航行体较高初速度40 m/s的条件下前期破坏差别较大, 导致后期对航行体运动特性的影响具有显著差异.      

刚柔耦合约束多体系统的动力分析

本文提出了描述柔性多体系统的牵连坐标系统。该系统由惯性参考系,牵连坐标系,物体坐标系及单元坐标系组成,实现了对刚体平动,刚体转动及弹性运动的连续分解,最大限度地消除了由于刚体大角度转动导致的非线性特性。以有限元法为基础,应用拉格朗日方程建立了在该坐标下的刚柔耦合约束多体系统的动力学控制方程。该方程具有耦合程度小、易于推导、编程及求解等优点,为大规模约束多体系统的动力分析提供了新的途径。本文还讨论了平面铰链约束的约束形式及约束方程,最后给出了一个典型多体系统的数值算例。     

高温超声拉压疲劳试件设计与温度自动控制

本文较深入地开展了高温环境条件下的超声拉压疲劳实验系统研究,深入分析了试件温度高精测量与自动控制和高温试件设计的关键问题。实验系统可以实现高温环境条件下大于1010周次超高周次的疲劳加载。本实验系统利用传统超声疲劳试验机,使用非接触式红外测温仪对试件温度进行实时动态监测,采用间歇振动的方法保证温度波动小于±3℃。实验结果显示,采用本系统得到的实验结果与传统疲劳加载方式的结果一致性很好。本文工作为进一步开展高温环境条件下金属材料高温超高周(1010周次)疲劳损伤和疲劳破坏机理研究提供了新的有效的平台。     

Bi-2223/Ag高温超导带材内部结构损伤演化及力学性能研究

在北京同步辐射实验室X光形貌站,采用X光透射成像技术,对Bi-2223/Ag高温超导带材内部结构以及在载荷作用下的损伤演化过程进行研究,分辨率约为5μm。实验结果表明:在带材的线弹性段,超导芯存在微裂纹损伤,但未形成端面的穿透性裂纹;当带材进入塑性流动区后,损伤明显加剧,贯穿性裂纹阻断了电流通道,材料失去超导性。     

一种薄膜温度传感器的研制与性能试验

以射频溅射法分别溅射沉积的Ａｌ２Ｏ３和ＭｇＯ复合层作为绝缘匪，以真空蒸镀的钛膜作为温度敏感膜和以溅射Ａｌ２Ｏ３膜作为保护膜，研制成功了一种宽度为１５μｍ的薄膜温度传感器。测试结果表明，复合层绝缘膜的绝缘性能明显地比Ａｌ２Ｏ３绝缘膜的好，经过同样的热处理后，前者能够保持其２０ＭΩ以上的电阻基本不变，而后者则由２０ＭΩ以上降低到１ｋΩ以下。在给定的试验条件下，这种传感器对温度及作用时间的信号响应敏感，     

测试转台温控箱的计算机控制

本文针对测试转台温控箱系统的大滞后特性，设计了一种带Ｓｍｉｔｈ预估器的ＰＩ校正器，并采用了基于８０９８单片机的计算机控制实现。仿真和实验均表明，文中的控制算法能够有效克服纯大滞后对控制系统稳定性的影响，具有良好的鲁棒性及控制性能，而且实现简单，可靠性好。     

销-盘摩擦磨损试验中聚醚醚酮试销的温度场测定

销－盘摩擦磨损试验中聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）试销的摩擦温度场测量结果表明,摩擦时其圆截面内的同一圆周上温度近似均匀,当ＰＶ值增大时,所测截面上的平均温度升高,当进行强迫降温时,温度始终维持在一定值上而不继续不高,表明摩擦磨损在恒定温度下进行。     

汽油机燃烧室内温度场测量的激光剪切干涉法

采用激光剪切干涉法测量了汽油机燃烧室内的温度场,并分析了剪切干涉法测温的基本原理,推导出利用干涉条纹图求解温度分布的关系式。在一台二冲程火花点火发动机上设置石英窗和信号同步系统,建立了适合高速摄影的激光剪切干涉测量装置。通过改变剪切干涉量,测取发动机燃烧室内干涉条纹图,从而获得缸内燃烧的二维温度场。结果表明,激光剪切干涉法抗振性强,光路简单可靠,可以进行高速摄像,是研究内燃机燃烧过程的有效方法。从温度场可以看出,燃烧过程中缸内大致可分为三个区,即已燃区、未燃区和燃烧区,具有不同的温度分布和温度梯度。燃烧区温度最高,温度梯度大;已燃区温度次之,梯度较小;未燃区温度最低,但梯度较大。     

等离子喷涂高温自润滑涂层的发展概况

为了满足高新技术发展的需要，研制从常温到８００℃乃至１０００℃都具有良好摩擦学性能的固体润滑材料，是高温固体润滑领域的一个重要研究课题，而开展等离子喷涂高温自润滑涂层的研究，则是达到这个白的有效途径之一。因此，在已有研究工作的基础上，通过文献调查对国内外等离子喷涂高温自润滑涂层的发展概况作了综合介绍与评述，并就其基（连续相）润滑相和耐磨相等进行了比较全面的分析与讨论，结论认为，要加速解决了工程实际     

锚固体红外温度场与应力场特性研究

为了研究锚固体力-热耦合机制,分别对不同类型的锚固体加载变形破坏过程进行试验研究。应用红外热像技术,获得红外温度场,同时对锚固体进行应力场数值分析。结果显示:中心位置布置单根锚杆的锚固体;应力峰值前,随着荷载的增加,红外温度场呈现整体均匀性升温变化;应力峰值后,在锚杆周围形成一个由多条不同等温线组成的区域,其形状是以锚杆为中心的近似圆形区域,由内向外,温度逐步降低;有锚杆一侧围岩红外温度高于无锚杆一侧,锚杆周围形成一个近似"喇叭"状的等温线图,高温等温线对应高应力区,低温等温线对应低应力区,红外温度场与应力场之间存在空间分布对应关系。     

PEEK塑料摩擦销的温度场理论计算

按照一维稳态条件,给出了塑料销的温度分布的分析解.考虑了径向和轴向的二维情况,对塑料销进行了稳态与非稳态数值分析.结果表明,数值解及分析解均与实测结果具有很好的一致性