晶体材料研究——从体块晶体到微纳米晶体

本文首先简要介绍了晶体的重要性和过去几十年来中国晶体材料研究取得的代表性成果.正文主要以我们课题组开展的工作为例,介绍了激光晶体、非线性光学晶体、磁光晶体、声光晶体、半导体晶体、有机晶体、有机-无机复合晶体、二维晶体、单晶光纤、药物结晶、微纳米晶体等方面的研究进展.这些研究实例的维度已覆盖体块-二维-一维-零维,晶体材料已在国防、经济建设、人类健康和科学技术发展的许多领域,发挥了重要作用并仍将是关键材料.     

干湿循环效应对风化砂改良膨胀土膨胀力影响的研究

本文将0、10%、20%、30%、40%、50%的风化砂掺入膨胀土中,分别进行0、1、2、3、4、5次干湿循环,对干湿循环之后的试样进行膨胀力测试;研究了不同掺量风化砂改良膨胀土膨胀力的大小及增长时程随着干湿循环次数的变化规律,分析了干湿循环作用一定次数后,风化砂掺量对试样表面的剥落程度及裂隙发育的影响。实验结果表明:干湿循环效应对风化砂改良膨胀土的膨胀力影响较为显著,且膨胀力与干湿循环次数间的关系可以用三次方函数很好地进行描述;在风化砂掺量一定时,经过2~3次干湿循环时膨胀力降低幅度最大,且随着风化砂掺量的增加,这一降低幅度在逐渐减少,干湿循环4~5后膨胀力趋于稳定;当风化砂掺量相同时,随着干湿循环次数的增加,膨胀力达到稳定所需要的时间逐渐减少,而膨胀力的增长速度先增大后减小;干湿循环5次后,试样表面的裂隙发育已基本达到稳定,裂隙数量随着风化砂掺量的增加而逐渐减少;当风化砂掺量为30%时,试样周边基本上不存在剥落现象。     

基于遗传算法和参数化建模的非线性结构优化

提出了一种对存在接触关系的非线性结构(装配体)进行优化设计的新方法。该方法将遗传算法与结构几何及有限元参数化建模方法相结合，在通用CAE软件的二次开发编程环境中实现对带接触的结构装配体进行结构尺寸和形状优化设计。文中利用该方法对某浮动式闭气结构的重要结构参数和关键构件形状实施了优化设计，使其闭气性能得到大幅度提高，体现了本文方法在解决这类优化问题中的优势。本文的方法有利于拓宽结构优化技术在机械设计领域的应用范围。     

含水合物的油包水体系流动数值模拟

在充分考虑油包水体系水合物生成特点的基础上，基于传热学、多相流、水合物动力学相关理论，建立了描述含水合物油包水体系流动规律的理论模型，并给出了模型的定解条件和求解方法。数值计算表明：产液量、含水率、液滴粒径均会影响水合物的生成，进而影响体系流动；当水合物的生成速率受体系提供的游离气量控制时，其值基本不变；进入水合物生成域，液滴转化为水合物颗粒并发生聚并，其量纲为一的聚并粒径在整个生成域保持恒定，且产液量越少、含水率越低、液滴粒径越小，量纲为一的聚并粒径越大；进入水合物分解区，水合物颗粒簇解体后又重新聚并，量纲为一的聚并粒径较生成域的小；水合物生成会导致体系的黏度增加，黏度增幅随水合物颗粒体积分数和量纲为一的聚并粒径的增大而增大。     

海洋平台TT型管节点的极限强度分析

利用非线性有限元方法分析了轴向力作用下多平面TT节点的极限强度。在数值分析中,采用三维20结点固体单元模拟管道结构和焊缝形状,将结构有限元网格划分为不同区域,每个区域的网格独立产生,通过合并形成整个结构的有限元网格。通过控制位移增量法得到了加载过程中载荷和位移之间的关系曲线。使用ABAQUS软件分析了TT节点在支管端部承受轴向载荷的变形及与外部载荷之间的关系,得到了不同参数影响下的TT节点极限强度。     

中红外非线性光学晶体CdSiP2的合成与生长

本文以P,Si,Cd为原料采用双温区法合成出140 g的高纯CdSiP2多晶料锭,分别采用自发形核和施加籽晶的垂直Bridgman法生长出φ12 mm×40 mm和φ15 mm×50 mm优质CdSiP单晶体.所生长的晶体中无宏观散射颗粒,(004)面的单晶摇摆曲线的半峰宽为40".透过光谱表明CdSiP2晶体在2～6.5tμm的透过率达到57;,接近其理论最大值.辉光放电质谱检测到晶体中含有少量的Fe、Cr、Mn、Ti等过渡金属.电子顺磁共振波谱检测到Fe+和Mn2的存在,这些杂质可能会引起晶体在近红外波段的光学吸收.     

Ni-P化学镀反应速率及机理研究

通过镀层分析和析氢量测量得到Ni-P镀层的沉积速度和H2PO2的分解速度·以混合电位理论为基础，对Ni－P电极在不同组成饮液中的极化曲线进行分解得到以化学镀电流形式所表示的反应速率·将两种方法所得结果进行对照，确定H2PO2氧化时电子迁移数为1，并用原子红-电化学联合理论解释溶液PH对反应速率及化学镀效率的景响．     

BN对镁基含碳耐火材料性能的影响

以电熔镁砂细粉、用后镁碳砖细粉、α-Al2O3微粉和石墨为主要原料,以酚醛树脂为结合剂,以BN微粉为添加剂,经混炼、成型、热处理后制成镁基含碳耐火材料,重点研究了添加剂BN加入量(质量分数分别为0、0.5;、1.0;、1.5;、2.0;和2.5;)及煅烧温度(分别为1250℃、1375℃和1500℃)对烧后试样体积密度、显气孔率、常温耐压强度、烧后线变化率、抗氧化性、显微结构和矿物相组成的影响.结果表明:加入BN以及提高煅烧温度有利于提高烧后镁基含碳耐火材料的烧结性能.BN在高温条件下优先与环境中氧发生反应生成三氧化二硼,并与基质中电熔镁砂及用后镁碳砖中的氧化镁反应生成低熔点相硼酸镁,硼酸镁液相的生成是镁基含碳材料烧结性以及抗氧化性增强的主要原因.烧后试样主晶相为方镁石,次晶相为镁铝尖晶石.     

La2O3对氧化镁陶瓷烧结性能与抗热震性能的影响

本文以纳米氧化镁为主要原料,La2O3为添加剂,聚乙烯醇为结合剂,制备烧结性能良好和抗热震性能优异的氧化镁陶瓷.通过常温力学性能、抗热震性能、XRD和SEM等手段对试样进行分析和表征,重点研究La2O3对氧化镁陶瓷烧结性能及抗热震性能的影响.结果表明:La2O3的加入能够促进氧化镁陶瓷的烧结.从微观结构看出La2 O3加入后可与氧化镁形成固溶体及一些不定形态物质,均匀分布在晶界处,减缓试样在热震时裂纹的尖端应力,阻碍裂纹延伸,有效提高氧化镁陶瓷的抗热震稳定性.经1640℃烧结La2O3的加入量为1;的试样相对密度最高,为99.72;;热震后经1560℃烧结La2O3的加入量为2;的试样常温耐压强度达到最大值,58 MPa.     

液滴对爆炸冲击波的衰减作用

为分析液滴对舰船舱内爆炸冲击波的耗散与衰减作用,通过有限元分析方法,建立冲击波作用于不同尺寸单个液滴和多排液滴的模型,分析冲击波与单个及多个液滴的作用过程及液滴形态变化,对冲击波衰减规律进行分析总结。得到结论如下:单个液滴模型中,小液滴破碎更迅速,破碎的规律性强;大液滴抛撒现象发生较早,抛撒出的小液滴数目多,但整体变化规律性偏差;不同尺寸单个液滴对冲击波有一定的衰减作用,衰减率随液滴尺寸增大而增大,线性规律较明显;成排液滴对冲击波有明显的衰减作用,相同液滴密度下衰减率随着液滴数量的增多而增大,呈现明显的线性特性。