TI地层声学各向异性随钻评价方法的数值研究

采用三维有限差分方法模拟偶极子声源在含钻铤的各向异性地层井孔中激发的声场,研究地层各向异性对偶极模式波频散特征的影响,并提出从随钻四分量偶极子声波数据中提取地层快、慢横波慢度及其各向异性的方法。结果表明,偶极子声源在各种地层井孔中均可激发对横波慢度的方位各向异性敏感的偶极模式波:对于快速地层,F2模式的低频部分对地层横波慢度及其方位各向异性最为敏感;对于中速和慢速地层,弯曲波较高频率部分对地层横波慢度较为敏感。采用各向同性地层建模的方法可以较为准确地提取地层的快、慢横波慢度,提取结果的误差小于4%。     

HfO_2多型体的弹性、慢度和热导率及其各向异性研究

本文运用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势和模守赝势研究了四种晶相Hf O2的弹性、慢度和热导率及其各向异性,通过计算得到四种结构的弹性常数、体弹模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比.根据泊松比和Pugh模量比分析了四种材料的键合属性;根据弹性各向异性分数比AB,AG和AE以及剪切各向异性因子A1,A2和A3的计算值,说明四种晶相Hf O2是弹性各向异性的;又通过弹性模量的三维立体图形展示了四种晶相Hf O2的弹性各向异性.计算得到的声学波速以及不同晶向上的最小热导率,显示了四种晶相Hf O2声学波速和热导率的大小及其各向异性,并绘出慢度在XY,YZ和ZX平面上的图形.     

三维双相各向异性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟

基于Biot理论,给出了三维双相各向异性介质应力-速度弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法,并对三维双相各向异性(TIH)介质中弹性波场进行了模拟.结果表明,弹性波在三维双相各向异性介质中传播时存在快纵波qP1、快横波qS1、慢横波qS2和慢纵波qP2,并清楚地观测到了横波分裂、横波分裂盲点、波面三分叉等特殊现象.快纵波在固相和流相中的相位相同;而慢纵波在固相和流相中的相位相反,即慢纵波在流相中振幅大,而在固相中的振幅较小.另外,三维双相各向异性介质中弹性波场的快纵波和快横波的耦合关系、波的类型、能量分布和相位等都是在三维空间中变化的.     

第一性原理研究Pmmm-Al2Ti的结构、电子性质和热传输性质

运用第一原理方法和粒子群优化算法预测了一个新的Al_2Ti亚稳相,其具有正交结构和Pmmm空间群,并满足动力学和弹性稳定性要求.电子结构分析发现Al-Ti共价键、Al的sp2杂化和金属键共同存在于Pmmm-Al_2Ti中,这将有助于增强其高温强度.与r-Al_2Ti和h-Al_2Ti相比,Pmmm-Al_2Ti的延性较好.Pmmm-Al_2Ti呈现出明显的力学各向异性,其杨氏模量最大值出现在[110]晶轴方向.室温下Pmmm-Al_2Ti的晶格热导率呈现各向异性,沿[100]晶轴方向的晶格热导率比[010]和[001]方向的晶格热导率分别高2.6和1.4倍.此外,还发现声光耦合对于Pmmm-Al_2Ti的热导率有重要作用.该研究有助于进一步增加对TiAl亚稳相的结构、电子性质、力学性质和热传输性质的认识.     

Ti_3AC_2/Zr(A=Si,Al)范德华异质结材料的几何结构、电子结构和弹性性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法,系统地研究了Ti_3AC_2/Zr(A=Si,Al)范德华异质结材料的电子结构和弹性性质.根据能带结构,电子态密度和Mulliken布局分布情况,分析了Ti_3AC_2/Zr(A=Si,Al)的电子性质和价键性质.采用广义梯度近似(GGA)计算方法,计算分析了Ti3SiC2/Zr和Ti3AlC2/Zr两种异质结材料的弹性性质和力学稳定性.研究结果表明,Ti3SiC2/Zr和Ti3AlC2/Zr具有较大的各向异性和较好的力学稳定性.且在相同应力的作用下,Ti_3AC_2/Zr(A=Si,Al)范德华异质结材料的形变小于MAX相材料Ti_3AC_2(A=Si,Al)的形变,但大于Zr金属的形变.     

TI地层井孔中正交偶极子声波测井的物理模拟

采用缩小尺寸的模型井和自制的声波测井模拟试验系统模拟研究正交偶极子声源在井轴与TI介质的对称轴呈不同夹角的模型井中声传播的特征,采用慢度时间相关法、频散分析方法及各向异性分析方法对测量得到的四分量偶极子波形进行分析,并与数值模拟结果进行对比。结果表明:正交偶极子声源在TI介质井孔中激发的弯曲波的速度随井轴与介质对称轴夹角的变化趋势与对应的横波体波速度的变化趋势相一致,且略小于对应的横波体波速度;从试验数据中提取的快、慢弯曲波的频散曲线互相平行,与固有各向异性地层井孔中的快、慢弯曲波频散曲线互相平行的理论相一致;通过HTI井孔中的正交偶极子模拟测量试验验证了地层横波各向异性测量及快横波面测量的可靠性。     

考虑材料正交各向异性时的沥青路面结构力学性能

基于正交各向异性理论,分别定义了弹性模量、泊松比和剪切模量这3种参数的各向异性度。对典型的沥青路面结构进行有限元计算,分析这3种各向异性度单独变化以及同步变化时路面结构力学性能的变化规律。计算分析结果表明:沥青面层最大剪应力基本上只受面层平面2个方向之间各向异性的影响,基层层底拉应力受基层平面2个方向之间各向异性的影响最大;路表弯沉受路基平面2个方向之间各向异性的影响最大,剪切模量各向异性对路表弯沉、泊松比各向异性对面层最大剪应力都基本没有影响,弹性模量各向异性对路面各力学指标有较大影响;路基路面材料平面2个方向之间的各向异性不容忽视。     

二维声子晶体的弹性波禁带及其影响因素

选取了5种不同材料组分和2组不同截面形状散射体的声子晶体作为研究对象,利用平面波展开法研究了二维固相双组分正方点阵声子晶体中z向剪切波的频率带结构,探讨了材料特性和截面形状对禁带的影响．结果表明：填充物的密度和弹性模量比基体的大时,容易产生弹性波禁带,材料的密度比剪切模量更能影响弹性波禁带的宽度,圆截面散射体的结构在总体上比正方形截面更容易产生弹性波禁带．     

具有水平对称轴的横向各向同性线性粘弹性介质波场特征

根据具有水平对称轴的横向各向同性 (HTI)线性粘弹性介质特征 ,推导出了本构关系式。使用平面均匀简谐波的方法 ,得到了Christoffel方程 ,利用此方程推导出纵波及快、慢横波的慢度和复速度方程。在此基础上 ,对粘弹性各向异性砂岩和页岩进行了模拟 ,得到相速度、衰减系数和品质因子随频率、方位和入射角的变化规律。模拟结果显示 ,3种波的品质因子和相速度在大于 10Hz的地震频带内随频率的变化基本保持不变 ;而在低频带 ,品质因子趋于无穷大 ,介质基本上接近弹性。纵波的衰减系数在地震频带内基本上呈线性变化 ,而横波的衰减系数在地震频带内除低频外基本保持稳定。     

铝基复合材料的活性液相扩散焊新工艺

为优化中间层合金系的设计,对液相扩散焊过程中陶瓷颗粒/金属(P/M)界面的弱化、强化及断裂模式进行了研究,发现在采用纯Cu箔的Al_2O_3p/Al复合材料液相扩散焊件的剪切断口上,Al_2O_3颗粒未破裂,断口上所有Al_2O_3颗粒及部分金属表面光滑,无粘结物生成,表明P/M界面结合弱而呈"界面脱粘"断裂方式.为此,提出了一种旨在改善P/M弱界面润湿性的新工艺--活性液相扩散焊,要求所用中间层内必须同时含有降熔元素及可与陶瓷增强相反应的活性元素(Ti).当Ti含量较低时,Al_2O_3颗粒增强相表面上出现细微、凹凸不平且不连续的界面粘结物(反应物);当Ti含量较高时,P/M界面可形成强力结合,剪切测试中足以使一些陶瓷颗粒本身破裂.     

具有水平对称轴的横向各向同性线性粘弹性介质波场特征

根据具有水平对称轴的横向各向同性（HT1）线性粘弹性介质特征，推导出了本构关系式。使用平面均匀简谐波的方法，得到了Christoffel方程，利用此方程推导出纵波及快、慢横波的慢度和复速度方程。在此基础上，对粘弹性各向异性砂岩和页岩进行了模拟，得到相速度、衰减系数和品质因子随频率、方位和入射角的变化规律。模拟结果显示，3种波的品质因子和相速度在大于10Hz的地震频带内随频率的变化基本保持不变；而在低频带，品质因子趋于无穷大，介质基本上接近弹性。纵波的衰减系数在地震频带内基本上呈线性变化，而横波的衰减系数在地震频带内除低频外基本保持稳定。     

高塑性Ti_5Si_3/TiAl符合材料的制备与性能

为了获得具有一定形状的Ti_5Si_3/Ti Al复合材料,以先变形后热处理强化材料性能为思路,制备具有较好变形能力的Ti_5Si_3/TiA l复合材料。该文采用压力浸渗+两步热压烧结工艺制备以双相组织为基体的Ti_5Si_3/Ti Al复合材料。复合材料在热压缩试验中不仅流变应力低,而且压缩后试样表面光滑无裂纹,表现出较高的塑性。     

基于多尺度分析的正交偶极子声波测井反演地层各向异性

提出一种从四分量正交偶极子声波阵列波形数据中提取地层剪切波方位各向异性参数的有效方法。该方法利用了各向异性地层中快、慢主挠曲波的分裂特征 ,从四分量数据中计算出了主波列 ,构造了目标函数 ,并利用改进的模拟退火方法搜索目标函数的全局极小值 ,确定出各向异性参数和快横波方位角。对四分量数据进行了多尺度分析 ,在时间频率域内提取了挠曲波的动力学特征 ,解决了实际数据处理中遇到的波形畸变和干扰问题。与常规方法的对比表明 ,新方法不仅计算速度快 ,而且能够减少确定快横波方位角时的不确定性 ,提高了各向异性参数估计的精确度。     

黏弹性HTI介质中地震波的传播特征

为了提高地质勘探的精度,本文主要通过理论推导和数值模型计算研究了黏弹性HTI(horizontal transverse isotropy)介质中地震波的传播特征,其参数包括相速度、慢度、偏振向量等,并基于依据传播方向定义的慢度向量和分量定义的慢度向量,通过求解Christoffel方程推导出黏弹性HTI介质中均匀波的相速度、偏振向量、慢度、群速度的精确计算公式,经过对比分析得出:特殊分量法在给定传播方向N的情况下提供了一种更为简单的求取无约束黏弹性各向异性介质中均匀、非均匀波波动参数的方法。采用特殊分量法,推导了黏弹性HTI介质中非均匀波的二维、三维波动参数表达式,并采用数值模型计算,研究了黏弹性HTI介质中非均匀SH波的相速度随非均匀系数D及弹性参数虚部k值的变化规律,结果表明D影响了地震波的相速度大小,但对其方位特性无影响,可见在黏弹性HTI介质中相速度随方位角变化的规律可指明介质的对称轴方向,k值的大小也对相速度的各向异性产生影响,但沿对称轴方向速度大小不变。     

超硬材料bc-B_nCN(n=1,2,4)的弹性、硬度及其各向异性

本文基于密度泛函理论的第一性原理,分别运用平面波超软赝势和模守恒赝势,选用局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)势场计算了所选3种结构bc-BnCN(n=1,2,4)的弹性和硬度,并分析了它们的弹性各向异性和塑性各向异性各自的差异.结果表明,3种结构在热学和力学上均稳定.能量计算结果显示,B含量最低的bc-BCN形成焓和结合能绝对值最大,结构最稳定,起因于它含有较多能量相对较低的B—N,B—C,C—N键及最少的B—B键.该3种晶体的弹性模量和硬度分析表明,随着B原子数的增多,弹性模量和硬度逐渐减小.根据对普适弹性各向异性指数AU,弹性模量各向异性分数比AB,AG,以及剪切模量各向异性因子A1,A2和A3的计算,分析了3种结构的弹性各向异性,结果表明bc-BCN具有优于c-BN的各向异性性能.通过对这3种结构进行拉伸和剪切模拟得到理想应力-应变曲线,发现其形变过程也呈现出各向异性,指明了不同结构的易屈服面及滑移方向且bc-BCN是3种bc-BnCN(n=1,2,4)中最易合成和最适合应用的超硬材料.     

Al质量分数对磁控溅射Ti1-xAlxN薄膜结构和摩擦学性能的影响

针对TiAlN薄膜耐磨性不够优异的问题,研究了Al质量分数对Ti_(1-x)Al_xN薄膜结构和摩擦学性能的影响。采用磁控溅射沉积技术制备了4种不同Al质量分数的Ti_(1-x)Al_xN薄膜。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD),对薄膜的微观形貌、元素成分与晶体结构进行了表征。采用纳米压痕仪测试薄膜的硬度和弹性模量,用摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试薄膜的摩擦磨损性能。研究结果表明:随着Al质量分数在一定范围内的增加,薄膜从沿c-TiN(111)晶面生长逐渐转向h-AlN(200)晶面择优取向,Ti_(1-x)Al_xN薄膜疏松结构得到了改善,柱状结晶发生细化,表面形貌更加致密。同时,Ti_(1-x)Al_xN薄膜的硬度和弹性模量得到提高,磨损机理由严重的磨粒磨损、黏着磨损转变为轻微的磨粒磨损,平均体积磨损率降低。Ti_(0.67)Al_(0.33)N薄膜的综合性能最优,硬度和弹性模量分别为14.059 GPa和203.37 GPa,摩擦因数最低为0.182,平均体积磨损率为1.321×10~(-8) mm~3/(N·m),呈现出较好的摩擦学性能。     

1873K下钢液中Ti-Al复合脱氧热力学分析及夹杂物生成

对1873K下钢液中Ti-Al-O系复合夹杂物的形成进行了理论和实验研究. 理论计算和实验结果表明,钢液中Ti-Al-O系的Al-O基本趋于平衡,钢液中自由氧由Al含量控制. Ti-Al-O系复合夹杂物的形成主要由a_(Ti)/a_(Al)值确定. 根据热力学数据计算得出了Ti-Al-O系复合夹杂物(Al_2O_3-Ti_3O_5-Ti_2O_3)的稳定区域;随着a_(Ti)/a_(Al)的增加,夹杂物逐步由Al_2O_3转变为Ti_3O_5夹杂物. 当钢液中自由氧含量较高时容易生成Ti3O5夹杂物. 计算结果和观察到的实验结果一致.     

L1_2结构γ′-Co_3(Al_(1-x)W_x)相的弹性性质和热力学性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法并结合准简谐德拜模型,系统研究了W原子分数对Co基高温合金中γ′-Co_3(Al_(1-x)W_x)(x=0,0.25,0.50,0.75,1.0)相的弹性性质和热力学性质的影响.研究发现随W原子分数的升高,γ′-Co_3(Al_(1-x)W_x)相的弹性模量显著提高,而弹性各向异性的程度明显降低,同时γ′-Co_3(Al_(1-x)W_x)相由延性材料向脆性材料过渡转变.通过分析电荷密度和态密度的计算结果,发现随W原子分数的增大,Co和W之间共价键的结合强度呈现增大的趋势,并且Co原子间的电荷密度分布逐渐由各向异性向各向同性过渡转变.在有限温度下,随W原子分数的升高,γ′-Co_3(Al_(1-x)W_x)相的热容、热膨胀系数和焓均减小.     

Ti-Al系二元合金的稳定性及电子结构性能研究

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法优化了TiAl、Ti_5Al_3、Ti_3Al这三种成分的Ti-Al系二元合金,通过对合金的内聚能、形成能和差分电荷密度的计算分析了合金的结构稳定性;通过计算合金的态密度、差分电荷密度研究了合金的电子结构性质.三种Ti-Al系合金的内聚能值分别为-4.33eV、-4.55eV、-4.71eV,表明常温下Ti_3Al稳定性最好.三种合金的形成能均为负值,结果分别为-3.61eV、-4.50eV、-4.42eV.由差分电荷密度可以看出,在三种合金中,Ti_3Al的稳定性最好.同时,在态密度的研究中,我们发现Al不是β相的稳定元素,随着Al含量的减少,体系费米能级升高,TiAl、Ti_5Al_3、Ti_3Al的抗腐蚀性依次减弱.     

高压下BCC金属钨和钼力学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了体心立方金属钨和钼的体积、弹性常数、弹性模量、声子色散曲线以及广义层错能在0~100GPa压强下随压强的变化关系,并讨论了高压下两种材料的力学结构稳定性以及高压对材料韧脆性和剪切形变难易程度的影响.首先,通过0~100GPa压强下的弹性常数发现,两种材料在不同压强下的弹性常数皆满足材料力学稳定性的判定条件,而且两种材料在100GPa下的声子色散曲线中并没有出现虚频,因此两种材料的结构在0~100GPa压强下都是力学稳定的.此外,通过研究不同压强下体模量与剪切模量的比值B/G发现,两种材料的韧性随压强的增加而增强,并且Mo的韧性强于W.最后,通过研究两种材料的广义层错能、沿111密排方向的剪切模量G111以及材料的各向异性比A发现,随着压强增加,广义层错能和G111逐渐增大,A整体趋于1,这说明高压会使得111密排方向的剪切形变变得困难,而且同时也削弱了材料的各向异性.