基于第一性原理的合金化掺杂MgH2的热力学稳定性研究

基于密度泛函的第一性原理,系统研究了合金化掺杂过渡金属（TM=Sc,Ti,Y）和IIA族元素（M=Ca,Sr,Ba）对MgH₂（金红石和萤石结构）的热力学稳定性的影响。结果表明,在低掺杂量（<20%） 时,MgH₂的萤石结构比金红石结构相对更稳定。掺杂Ti,Sr,Ba时,MgH₂的结构发生了失稳现象。MgH₂由金红石结构转变到萤石结构的掺杂TM和M的比例分别大约在20%和40%左右。Mg_0.5Ba_0.52萤石结构的形成焓比MgH₂萤石结构高约0.3 eV,表明其放氢温度在标准大气压下将远低于纯MgH₂。理论计算数据与实验数据有很好的一致性.     

二元混合物在液体层上发生马兰戈尼爆裂的研究

由于马兰戈尼效应,液滴在液体层表面自发铺展成薄膜的物理过程,在成膜技术、涂层工艺、以及纳米器件的制作等领域具有广泛的应用,但是铺展后液膜自发碎裂成小液滴的现象也被广泛观察到,这种现象限制了马兰戈尼效应应用的发展.本文基于以往的实验观察对液膜的碎裂机制进行完备的解释,并通过实验进行验证,指出了液滴薄膜中心与边缘蒸发速率的差异引起的马兰戈尼流动对液膜边界产生的微扰,使得液滴铺展到最大时边缘生长出指状液柱.此外,根据微扰模型推导出边界失稳的临界波长和最大波长的表达式,基于Plateau-Rayleigh不稳定性解释了指状液柱碎裂的原因.建立同心圆柱壳液柱模型简化计算,预测了不同黏度比的液滴在液体层上铺展为薄膜的浓度范围和发生马兰戈尼爆裂的位置区间,并通过实验验证了不同醇溶液发生马兰戈尼爆裂的浓度范围和位置区间.该理论解释将在成膜技术、涂层工艺等领域提供更加精细的理论指导;特别地,本文提出的同心圆柱壳简化模型为化工领域微量反应和纳米颗粒制备等研究领域中的一些技术难题提供新的解决思路.     

预应变对中子辐照高纯铝拉伸性能的影响

金属材料的中子辐照硬化和脆化一直都是核能安全领域十分关注的重要问题之一.为了进一步认识预应变对中子辐照金属材料塑性形变和最终断裂特性的影响规律,及其微观机理,本文研究了10%拉伸预应变高纯铝的拉伸应力-应变曲线、失稳应力和失稳应变等随辐照剂量的变化规律.结果表明,辐照剂量越高,预应变高纯铝内部孔洞的尺寸和数密度越高,导致屈服强度和极限拉伸强度越高,均匀延伸率和失稳应变越小,表现出典型的辐照硬化和脆化效应,但失稳应力与辐照剂量几乎无关.相同辐照剂量条件下,预应变引入的高密度位错能够显著降低辐照孔洞的尺寸和数密度,加之辐照退火效应的综合影响,导致预应变能够降低高纯铝屈服强度的增长率和失稳应变的下降率,从而表现出一定的抑制辐照硬化和脆化的能力,预应变还能够提高高纯铝的失稳应力,但整体而言预应变并不能提高高纯铝的延性.最后,基于J-C本构模型的中子辐照退火态金属材料的脆化模型能够直接应用于预应变金属材料,且模型预测结果与实验结果吻合较好.     

绕轴线自转悬臂梁的局部限制失稳分析

建立了任意位置限位器约束下绕轴线自转悬臂梁的非线性模型.采用Ritz法分析系统的稳定性,获得了限位器无摩擦情形下系统的限制失稳临界值、分岔模式、后屈曲解以及致稳限位器的最佳配置位置.采用有限元法对失稳临界值与致稳限位器的优化位置进行了验证,获得了一致的结果.进一步分析了限位器夹紧力和支撑力摩擦效应对系统稳定性的影响规律,获得了有益的认识.研究表明,在限位器约束下,绕轴线自转悬臂梁存在临界转速,当转速超过临界值时,梁的零挠度平衡位置将发生叉式分岔而失去稳定性;限位器夹紧力摩擦效应将使失稳后的系统在转速回复时出现明显的滞后效应,以比失稳临界值更低的转速回到原平衡位置;绕轴线自转悬臂梁系统致稳限位器的最优配置位置在梁长距固支端的78%左右等.这些成果对提升绕轴线自转悬臂梁的局部限制失稳性能的认识和指导限位器的配置具有实际意义.     

飞行器尾涡对的不稳定性建模

为了确定飞行器尾流的保持距离和诱导失稳运动性质,首先在一阶近似Biot-Savart定律的基础上,推导了任意多个涡对的诱导运动模型,进而利用线性组合方法得到涡系诱导运动的对称以及反对称模态,并结合模态矩阵特征值的性质描述对称分布涡系的稳定性.因为尾涡结构的不稳定性依赖于相应的模态矩阵特征值的取值,所以在利用对称分布的二涡对的模态验证所推导的模态矩阵理论的正确性的基础上,进一步给出了三涡对的模态矩阵对应的失稳模态.理论推导和特征值的计算显示随着涡丝数量的不断增加,三涡系的不稳定性增强,并且涡系对扰动的放大作用增强.     

轴向均布载荷和约束对石油钻采管柱失稳长度的影响

以石油行业中的直井管柱为研究对象,建立了管柱在轴向均布载荷作用下的屈曲力学模型,概括了三种轴向均布载荷的分布特征.采用特征值屈曲有限元法,提出了分段计算管柱失稳长度的迭代流程.在正反三角形分布载荷作用下,其失稳长度小于三角形分布载荷作用下的失稳长度,前者的最大挠度靠近中和点;在梯形分布载荷作用下,给出了失稳长度随该段及其以上受压段的无量纲曲线.不同的位移约束条件也对管柱失稳长度有较大影响,工程应用中应区分不同的约束条件,方可得出实际的失稳长度.     

轴流压气机雨雾环境模拟实验台搭建及实验研究

雨雾天气对航空发动机的正常运行会造成多方面的影响,而其中对压气机的影响至关重要。为了研究压气机在雨雾环境中运行的特性变化,本文介绍了针对此种情况而设计的专用实验台。该实验台采用雾化喷嘴的方式模拟不同天气的水雾浓度和粒径,单独从气体动力学角度,研究不同雨量、雨滴颗粒大小对压气机性能的影响规律。