掺氟碳纳米管电子性质的研究

利用第一原理方法讨论了掺氟碳纳米管的电子性质.与纯碳管相比,掺氟碳纳米管也能稳定存在,并具有更好的场发射性质.这是原子层次的材料设计.     

炸药爆轰合成纳米金刚石的拉曼光谱和红外光谱研究

用负氧平衡炸药爆轰法合成纳米金刚石,并用粉末X射线衍射(XRD)仪、激光Raman光谱仪和红外光谱仪等分析仪器对其结构进行表征。XRD结果表明,纳米金刚石为立方结构,由于其内部结构的高密度缺陷、杂质原子的夹杂使谱线偏离,晶格常数比静压合成的大颗粒金刚石大0.72%。由于金刚石晶粒细小,Raman光谱特征峰产生宽化,并且向小波数方向偏移了3 cm-1,此外在纳米金刚石中还含有极少量的石墨。红外光谱测试结果中,3 422 cm-1吸收峰为O—H伸缩振动峰;在1 634 cm-1出现了H₂O的弯曲振动峰,表明在纳米金刚石样品粉末中含有水分;2 930和2 857 cm-1是CH₂的反对称和对称伸缩振动吸收峰;2 971 cm-1是CH₃的反对称伸缩振动吸收峰,说明样品中存在极少量的碳氢化合物;1 788 cm-1吸收峰为CO伸缩振动吸收峰。文章从纳米金刚石的生成机理上分析了产生这些峰位的原因,结果表明纳米金刚石属于Ⅰ型金刚石,在它之中含有ⅠaA型和Ⅰb型金刚石,ⅠaA型金刚石的含量比Ⅰb型金刚石多。     

微颗粒对超声空蚀影响的试验研究

为了探明微颗粒对超声空蚀影响的具体机制,使用超声振动空蚀试验装置对45钢在四种不同的微颗粒-纯水的悬浊液中的空蚀行为进行了研究,使用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观测空蚀后的样品表面,对空蚀坑的数量分布及微观结构进行分析,结果表明空蚀破坏程度与SiO₂悬浊液浓度有重要关联. SiO₂悬浊液存在1个临界浓度,小于临界浓度时,空蚀破坏程度随浓度的增加而增大;大于临界浓度时,空蚀破坏程度随浓度的增加而减弱. 空蚀破坏程度随粒径的增大而减弱,但空蚀坑的坑径随微颗粒粒径的增大而增大. 相比于纯水介质,添加SiC、Al₂O₃和SiO₂微颗粒均会加剧空蚀破坏程度,其中,SiC微颗粒对空蚀破坏的促进最为显著. 相比之下,Al微颗粒添加后空蚀破坏却明显减弱,起到了抑制超声空蚀的作用,这可能与不同颗粒所负荷不同电荷类型有关.      

高速弹体非正侵彻混凝土靶的弹道偏转实验研究

利用二级轻气炮,进行了980~1870m/s速度范围内小尺寸弹体非正侵彻半无限混凝土靶实验,详细测绘了弹道轨迹及特征参数,重点研究了高速非正侵彻的弹道特性,并根据侵彻机理进行了侵彻过程分区。研究结果表明:与中、低速条件下的弹道不同,高速弹体非正侵彻半无限混凝土靶的侵彻弹道偏转更为明显,表现为典型的“J”形弹道,弹体终点姿态变化很大,弹道末端的偏转角可达130°。     

中子深度分析反演算法研究

针对中子深度分析技术,研究几类反演算法：概率迭代法、奇异值分解求解最小二乘法、线性正则化方法及约束线性正则化法.开展相关数值实验,分别在欠定方程、超定方程情况下,对反演算法的结果进行比较.一般情况下几种算法都能得到较为理想的结果,概率迭代法和约束线性正则化法由于有迭代过程,因此在离子源强度发生阶跃处得到的结果并不理想.在超定方程情况下,当选取的反演范围较为随意时,线性正则化方法可能使得解的稳定性较差,而约束线性正则化法能够很好地抑制求解过程中的不稳定性.对实际测量能谱进行反演时,由于能谱有随机误差,线性正则化方法不能很好地抑制误差的影响,反演结果振荡较强,其余方法的结果与参考值符合很好.     

微孔洞有核长大损伤演化模型研究

针对材料的层裂问题,从细观角度出发,提出微孔洞有核长大损伤演化模型假说。该模型包含损伤开始、演化和终止三个阶段,共有4个材料参数,分别是代表损伤开始发展的阈值应力的σ_0,损伤演化时损伤率对超阈值应力的依赖指数λ,损伤终止时材料发生层裂时的极限损伤D_c,和损伤持续的时间参数Ψ。通过对D6AC钢和45钢层裂实验进行计算分析,验证了本文提出的损伤演化模型假说的合理性。并结合试验,给出了模型中4个材料参数物理内涵、取值方法及影响规律。损伤发展的过程量λ对损伤影响最大,表明损伤演化过程并非简单的能量累积,其次是损伤阈值应力σ_0,极限损伤D_c和损伤持续的时间参数Ψ对损伤影响最小。     

修正金属本构模型在超高速撞击模拟中的应用

为更加准确地计算93钨合金弹超高速撞击Q345钢板问题,构建了修正的金属本构模型。引入GRAY三相物态方程描述材料相态变化,采用Johnson-Cook强度模型描述撞击后期材料的力学行为。结合封加波损伤演化模型以及Johnson-Cook失效模型描述不同应力三轴度下材料的拉伸、剪切失效行为;引入曹祥提出的断裂演化模型,描述材料失效后应力归零的过程。通过对比超高速撞击数值模拟结果与实验结果,验证了本构模型的适用性,并进一步分析了典型弹靶撞击条件下破片群的空间分布特征。研究结果表明：基于修正金属本构模型获得的超高速撞击靶板穿孔直径、弹体侵蚀长度、破片群扩展速度结果与实验结果一致;GRAY三相物态方程能够相对准确地给出弹体撞击首层靶板以及剩余弹体、破片群撞击第2层靶板时弹靶材料的熔化情况;封加波损伤演化模型能够准确判断超高速撞击过程中靶板是否产生层裂破坏;综合封加波损伤演化模型、Johnson-Cook失效模型以及曹祥提出的断裂演化模型后,数值模拟获得的破片群撞击后效靶板的穿孔面积与累积数量的统计曲线结果与实验结果一致;获得了典型条件下的柱形93钨弹体超高速撞击Q345靶板破片群空间分布结果...     

纳米碳管电子结构和键合特性的第一原理研究

利用第一原理方法对一系列尺寸变化的单层纳米碳管电子结构进行了研究,得到了总态密度和态密度随碳管半径R的变化情况与实验结果完全一致,Fermi能级处态密度值随着管径R的增大而减小,说明纳米管的化学活性随着管径的增大而增强。碳管中C-C之间的键合为2s和2p价电子混合而成的弯曲的σ,π键,随着管径R的增大,化学键的弯曲度逐渐减小,C-C之间的键合作用和结合能逐渐增强,电荷密度和对应的势场也逐渐减弱。这些结果表明管径较小的纳米碳管在复合材料的合成中具有一定的优势。     

防雷舱结构在聚能装药水下爆炸作用下的毁伤研究

通过实验以及数值模拟,开展了防雷舱结构在聚能装药水下爆炸作用下的毁伤研究,探讨冲击波在多介质结构中的传播规律及其对结构的毁伤机理。结果表明：相同爆炸当量条件下,爆破型装药仅对空舱产生破坏,防雷舱的多介质复合结构对冲击波具有较强的衰减作用,聚能型装药形成的侵彻体可造成液舱前板及后板的穿孔,孔径约为装药直径的1/3~1/2。加宽液舱以及加厚液舱后板可以增强防雷舱的抗爆能力。