超高速碰撞2024-T4铝靶产生等离子体的朗缪尔双探针诊断

 有些等离子体,本身并不存在电极和参考点,而该电极或参考点是提供偏压朗缪尔探针所必需的。为了获得超高速碰撞所产生等离子体的特征参量,建立了一种新的静电探针诊断技术,该技术不需要扫描频率,其探针可用于测量与时间相关的电子温度、电子密度。该诊断系统基于双通道电路,电流和电压谱通过数字示波器同步输出。研究的主要目的是,应用双朗缪尔探针诊断2024-T4铝弹丸超高速碰撞2024-T4铝靶时产生的瞬态等离子体。     

预加温条件下高强铝合金动态屈服及层裂行为的研究

采用一级轻气炮加载和电阻丝环向热传导加热方式,对两种典型的高强铝合金(2024-T4和7075-T6)进行了不同预加温度(范围为298~750K)下的层裂实验研究。基于自由面速度剖面的实测结果,获得了不同温度下两种铝合金材料的雨贡纽弹性极限和层裂强度,结果显示,两种铝合金的雨贡纽弹性极限和层裂强度均随温度的升高呈线性衰减。同时,采用内聚力模型对两种铝合金的预加温层裂实验进行了数值模拟研究,讨论了模型参数的物理含义及确定方法,计算得到的自由面速度剖面与实验结果的吻合性很好,表明内聚力模型适用于描述层裂过程中由损伤演化引起的能量耗散行为。     

膨胀等离子体云的粒子密度时空分布

为了获得超高速碰撞产生等离子体粒子密度的时空分布特性,利用点电荷电场的1维理论模型,综合运用质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和麦克斯韦方程,推导出了等离子体在膨胀过程中粒子密度的时空分布规律。通过对超高速碰撞2024-T4铝靶实验采集的原始数据分析,得到了超高速碰撞2024-T4铝靶产生膨胀等离子体云粒子密度的时空演化规律。     

膨胀等离子体云的粒子密度时空分布

为了获得超高速碰撞产生等离子体粒子密度的时空分布特性,利用点电荷电场的1维理论模型,综合运用质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和麦克斯韦方程,推导出了等离子体在膨胀过程中粒子密度的时空分布规律。通过对超高速碰撞2024-T4铝靶实验采集的原始数据分析,得到了超高速碰撞2024-T4铝靶产生膨胀等离子体云粒子密度的时空演化规律。     

Fatigue crack growth in fiber-metal laminates

Fiber-metal laminates(FMLs)consist of three layers of aluminum alloy 2024-T3 and two layers of glass/epoxy prepreg,and it(it means FMLs)is laminated by Al alloy and fiber alternatively.Fatigue crack growth rates in notched fiber-metal laminates under constant amplitude fatigue loading were studied experimentally and numerically and were compared with them in monolithic 2024-T3 Al alloy plates.It is shown that the fatigue life of FMLs is about 17 times longer than monolithic 2024-T3 Al alloy plate;and crack growth rates in FMLs panels remain constant mostly even when the crack is long,unlike in the monolithic 2024-T3 Al alloy plates.The formula to calculate bridge stress profiles of FMLs was derived based on the fracture theory.A program by Matlab was developed to calculate the distribution of bridge stress in FMLs,and then fatigue growth lives were obtained.Finite element models of FMLs were built and meshed finely to analyze the stress distributions.Both results were compared with the experimental results.They agree well with each other.     

超高速碰撞产生等离子体云的粒子能量时空分布

为了研究超高速碰撞产生等离子体的粒子能量对航天器电路中元器件的毁伤,获得超高速碰撞产生等离子体粒子能量的时空分布特性是十分必要的。基于超高速碰撞产生稀薄等离子体中带电粒子的运动速度、等离子体的扩散特点,推导出等离子体的粒子能量密度与带电粒子密度及带电粒子运动速度的关系式。进而通过对超高速碰撞2024-T4铝靶实验采集的原始数据分析,利用Matlab编程得到了超高速碰撞2024-T4铝靶产生膨胀等离子体云物理过程中,等离子体的粒子能量密度与带电粒子持续时间及被测点到碰撞点距离的时空分布规律。     

简论金属材料JC本构模型的精确性

通过比较JC模型预测结果与6种金属(2024-T351铝合金、 6061-T6铝合金、OFHC无氧铜、4340高强钢、Ti-6Al-4V钛合金和Q235软钢)在不同应变率及温度下的实验数据,对JC本构模型的精确性进行了关键评估。为了进一步评估其精确性,采用JC本构模型和失效准则对平头弹正撞2024-T351铝合金靶板进行数值模拟,并与实验结果比较。结果表明:JC本构模型只适用于中、低应变率和温度下的Mises材料,对非Mises材料该模型预测的剪切应力-应变曲线和失效与实验结果吻合较差;同时,JC本构模型的精度随应变率和温度的提高而降低,特别是在高应变率条件下利用实验得到的动态增强因子进行相应数值模拟时,所得计算结果与弹道穿透实验结果不一致,说明其表达式(即准静态应力-应变关系×动态增强因子)是不恰当的。     

两次淬火下横场中XY链的动力学量子相变

研究了两次淬火下横场中XY链的动力学量子相变.两次淬火是指系统的Hamilton量先由H_0淬火到H_1,演化一段时间T后再由H_1淬火到H_2.由于横场中XY链存在两种不同的量子相变(Ising相变和各向异性相变),因此主要讨论淬火路径对横场中XY链的动力学量子相变的影响,发现第2次淬火后系统发生动力学量子相变的临界时间存在三种典型的情形.情形I对应于临界时间在一定的T范围内出现,它与由H_0淬火到H_1的临界时间相联系.情形II对应于临界时间在任意T时总是出现,它与由H_0直接淬火到H_2的临界时间相联系.情形III对应于临界时间也在任意T时总是出现,它同时与由H_0淬火到H_1以及由H_0直接淬火到H_2的临界时间相联系.还发现两次淬火都经过同一类相变点时,第2次淬火后只会出现情形I对应的临界时间.而两次淬火经过不同类相变点时,第2次淬火后的临界时间会出现上述三种情形中的任意两种,它与淬火路径有关.     

超高速碰撞2024-T4铝靶产生的等离子体对逻辑芯片的干扰

 为了掌握超高速碰撞产生等离子体对航天器上常用典型逻辑芯片产生的干扰,利用自主设计的朗缪尔三探针诊断系统,进行了弹丸（入射速度为6.10 km/s,入射角度为30°）超高速碰撞2024-T4铝产生等离子体的特征参量诊断,测量了给定位置和方位角处等离子体的电子密度,利用数据采集系统对实验给定位置和方位角处逻辑芯片的干扰情况进行了评价。实验结果表明,超高速碰撞产生的等离子体对航天器上常用的逻辑芯片将产生严重干扰。     

非均匀固体热导率分布的重建:利用光声技术研究激光冲击的铝合金

利用光声检测技术,详细研究了由强激光脉冲冲击硬化的铝合金样品(2024-T62)。在不同调制频率的激光照射下,利用光声技术测定样品表面温度的变化,并运用由脉冲谱技术和正则化算法导出的热波反演算法重建其热导率的深度分布。对不同冲击次数的硬化效果进行了分析,分析结果与利用显微维氏硬度计破坏性的测试所得的结果完全一致。说明这种光声实验系统和反演算法对于非均匀介质的深度剖面分析是一种无损地评价材料特性十分有效的方法。     

超高速碰撞2024-T4铝靶产生的闪光强度测量

为了研究超高速碰撞产生的闪光强度特征,利用建立的光学高温计测量系统并结合二级轻气炮加载系统,进行了2种实验条件下的超高速碰撞实验。每组实验使用2组光纤探头,1组为直接对准碰撞点安装,另1组为侧向对准碰撞点安装。通过实验所获原始数据的分析表明:在给定实验条件及光纤探头安装方案下,在405~633 nm波长范围内超高速碰撞2024-T4铝靶产生的闪光强度峰值随波长的增大而增强;在波长为667 nm附近闪光强度峰值减小。     

Multiscale approach to micro/macro fatigue crack growth in 2024-T3 aluminum panel

When two contacting solid surfaces are tightly closed and invisible to the naked eye,the discontinuity is said to be microscopic regardless of whether its length is short or long.By this definition,it is not sufficient to distinguish the difference between a micro-and macro-crack by using the length parameter.Microcracks in high strength metal alloys have been known to be several centimeters or longer.Considered in this work is a dual scale fatigue crack growth model where the main crack can be micro or macro but there prevails an inherent microscopic tip region that is damaged depending on the irregularities of the microstructure.This region is referred to as the"micro-tip"and can be simulated by a sharp wedge with different angles in addition to mixed boundary conditions.The combination is sufficient to model microscopic entities in the form of voids,inclusions,precipitations,interfaces,in addition to subgrain imperfections,or cluster of dislocations.This is accomplished by using the method of"singularity representation"such that closed form asymptotic solutions can be obtained for the development of fatigue crack growth rate relations with three parameters.They include:(1)the crack surface tightness*represented by o/=0.3-0.5 for short cracks in region I,and 0.1-0.2 for long cracks in region II,(2)the micro/macro material properties reflected by the shear modulus ratio*(=micro/macro varying between 2 and 5)and(3)the most sensitive parameter d*being the micro-tip characteristic length d*(=d/do)whose magnitude decreases in the direction of region I II.The existing fatigue crack growth data for 2024-T3 and 7075-T6 aluminum sheets are used to reinterpret the two-parameter da/dN=C(K)nrelation where K has now been re-derived for a microcrack with surfaces tightly in contact.The contact force will depend on the mean stress m or mean stress ratio R as the primary parameter and on the stress amplitude a as the secondary parameter.     

激光诱导2024铝合金表面动态应变检测

采用PVDF贴片传感器对脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变进行了测量,分析了动态应变曲线的特性。结果表明,PVDF贴片传感器在动态应变测量中动态响应快,灵敏度高,可有效应用于脉冲激光诱导材料表面动态应变的实时测量。脉冲激光作用过程中,2024铝合金冲击光斑周围材料先受挤压,后压应变减小。脉冲激光作用结束后,2024铝合金冲击光斑周围材料表面粒子在卸载稀疏波和表面稀疏波的作用下不断往复运动,冲击光斑周围材料甚至受到了拉应变的作用。最后随着时间的推移,材料表面粒子的动态响应经反复震荡后逐渐衰弱形成最终的稳定状态。     

激光诱导2024铝合金表面动态应变检测

采用PVDF贴片传感器对脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变进行了测量,分析了动态应变曲线的特性。结果表明,PVDF贴片传感器在动态应变测量中动态响应快,灵敏度高,可有效应用于脉冲激光诱导材料表面动态应变的实时测量。脉冲激光作用过程中,2024铝合金冲击光斑周围材料先受挤压,后压应变减小。脉冲激光作用结束后,2024铝合金冲击光斑周围材料表面粒子在卸载稀疏波和表面稀疏波的作用下不断往复运动,冲击光斑周围材料甚至受到了拉应变的作用。最后随着时间的推移,材料表面粒子的动态响应经反复震荡后逐渐衰弱形成最终的稳定状态。     

Dissipative Particle Dynamics Simulations of Domain Growth and Phase Separation in Binary Immiscible Fluids

用并行耗散粒子动力学方法研究了二维和三维体系中不同淬火深度下二元不相容流体旋节线分离的相区增长过程. 在二维体系中,在浅度淬火条件下得到了动力学标度指数为1/2的融合机制和2/3的惯性流体动力学机制,在深度淬火情况下发现了有限尺寸效应. 在三维体系中,浅度淬火条件下n=1/3的扩散机制和两种不同淬火深度下n=2/3的惯性流体动力学机制. 由于耗散粒子动力学软相互作用势的本质,所以粘性效应无法被清晰地反映,在该时间区间里,不论是浅度还是深度淬火都表现出n=1/2的指数关系.     

7075铝合金的Fe11+离子辐照损伤研究

7075铝合金因其优异的各项性能，作为结构部件，广泛应用于航天领域中。航天器空间环境中存在各种辐射粒子，这些粒子会对航天器材料产生不同程度的辐照损伤，对其可靠性构成了巨大的威胁，甚至会导致航天任务失败。通过选取不同剂量下3 MeV的Fe¹¹⁺离子辐照7075铝合金，采用XRD、AFM和纳米压痕等测试手段对7075铝合金的辐照损伤进行了研究，分析了辐照前后7075铝合金的微观组织、表面形貌和硬度的变化。结果显示，离子辐照后的7075铝合金未形成新的相，且结构保持完整，表明其具有一定的抗辐照性能。同时，观察表面发现了由级联碰撞演化及表面缺陷扩散导致的山峰状突起，且样品表面粗糙度和突起的分布密度随剂量增加呈先增加后减小的趋势。另外，纳米压痕测试表明，辐照后样品硬度增加，且随剂量增加，硬度逐渐趋于饱和，经分析可知，样品产生辐照硬化是由于辐照缺陷阻碍了位错的滑移导致。     

激光冲击7075-T6铝合金焊缝的残余应力场数值模拟

针对激光冲击强化铝合金焊缝过程中存在多场耦合导致残余应力变化幅度大、实时表征难的问题,采用ABAQUS非线性有限元软件建立了激光冲击强化7075-T6铝合金板材焊接件的有限元模型,模拟计算焊缝在激光冲击强化前后的残余应力场分布,重点分析了激光冲击强化对焊缝的横、纵向残余应力场的影响规律,并对焊缝的激光冲击强化工艺参数进行优化。研究结果表明,焊缝表面为残余拉应力场并且分布不均,激光冲击强化使得焊缝的拉应力状态转变为高幅压应力状态;优化激光冲击强化工艺参数(如激光能量、激光光斑尺寸、搭接率),可以明显改善焊缝区域和热影响区的残余应力分布;当激光光斑搭接率为50%至70%时,残余应力分布趋于均匀,可以有效消除"残余应力洞"现象。     

动力学淬火过程中的不动点及衍生拓扑现象

本文对近两年来有关淬火动力学过程中拓扑现象的研究做简要综述.这些动力学拓扑现象被动力学过程中的衍生拓扑不变量保护,与淬火前后体系的拓扑性质有密切关系.基于人工量子模拟平台的高度可控性,已在诸如超冷原子、超导量子比特、核磁共振、线性光学等众多物理体系中,通过对人工拓扑体系动力学过程的调控,观测到如动力学涡旋、动量-时间域的Hopf映射及环绕数、拓扑保护的自旋环结构、动力学量子相变、动量-时间斯格明子等诸多动力学拓扑现象.其中某些拓扑结构还可以在非幺正动力学淬火过程中稳定存在.这些研究将人们对拓扑物相的认识和研究从平衡态推广到非平衡动力学领域,具有重要的科学价值.     

液氮接触页岩表面淬火传热特性实验

液氮压裂改造页岩储层技术涉及液氮与储层岩石之间的淬火传热现象,且岩石具有复杂多样的表面形貌。为研究液氮接触页岩过程中的淬火特性,分别制备不同表面结构的岩样进行淬火实验,并对页岩表面进行接触角、电镜扫描和3D表面形貌测试。结果表明,岩石经36目粗砂纸打磨后,表面具有较高的表面自由能,且粗糙度明显提高,因而产生较高的莱登佛罗斯特点温度。电镜结果表明,岩石表面呈现多尺度孔穴结构,这为气泡核化提供了大量活化核心,削弱气膜的稳定性。当壁面温度从室温降至-100℃,刻痕结构和铺砂表面与基准面相比将淬火时间分别缩短了20%和30%,显著提高淬火传热速率。刻痕和砂粒增加了岩样表面积,产生更频繁的间歇性固-液接触,因此能够在较高的过热度条件下进入过渡沸腾阶段,从而提高表面换热能力。     

PLGA/G5-T纳米纤维对重金属离子Hg~(2+)的吸附研究

在制革、冶金、电镀、采矿等行业发展过程中,含有重金属离子的废水进入河道和农田,重金属污染越来越受到人们的重视,治理和回收重金属也成为一个亟待解决的难题。其中重金属离子Hg~(2+)被认为是最毒的重金属。为了有效处理含重金属离子Hg~(2+)的废水,将胸腺嘧啶(Thymine)修饰到第五代聚酰胺-胺树状大分子(G5.NH2)表面,得到G5-T,之后将G5-T与聚乳酸羟基乙酸(PLGA)混合并用静电纺丝方法得到PLGA/G5-T混纺纤维,并用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等手段对PLGA/G5-T混纺纤维进行了表征,并以电感耦合等离子体发射光谱仪ICP-OES为检测手段,研究PLGA/G5-T对Hg~(2+)的吸附效果。FTIR结果表明,PLGA/G5-T纤维中3 320cm~(-1)处的氨基吸收峰比PLGA/G5上的弱,在1 660cm~(-1)处的酰胺基吸收峰比PLGA/G5强,说明G5.NH2与胸腺嘧啶~(-1)-乙酸成功反应。SEM结果表明,添加了G5-T混纺而得的PLGA/G5-T平均直径为(751±72)nm,纤维形貌均一,表面光滑无粘连,说明G5-T的加入没有破坏纤维的完整性。ICP-OES研究发现,PLGA/G5-T纤维膜对Hg~(2+)的脱除效率明显高于PLGA/G5纤维膜,胸腺嘧啶显著增强了PLGA/G5-T纤维膜对Hg~(2+)的脱除效率;对多种金属离子的吸附实验结果显示,PLGA/G5-T纤维膜对Cu2+,Cd2+和Co2+有微弱的吸附效果,但其对Hg~(2+)吸附效果显著,PLGA/G5-T纤维膜对水溶液中的Hg~(2+)有选择性吸收功能。研究为开发新型Hg~(2+)吸附剂提供了一种新方法。