Synthesis of novel superhard materials under ultrahigh pressure

Superhard materials are solids whose Vickers hardness is beyond 40 GPa. They have wide applications in industry such as cutting and polishing tools, wear-resistant coatings. Most preparations of superhard materials are conducted under extreme pressure and temperature conditions, not only for scientific investigations, but also for the practical applications. In this paper, we would introduce the recent progress on the design and preparations of novel superhard materials, mainly on nanopolycrystalline diamond, B–C–N superhard solid solutions, and cubic-Si3N4/diamond nanocomposites prepared under ultrahigh pressure and high temperature（HPHT）, using multi-anvil apparatus based on the hinged-type cubic press. Bulk materials of all these superhard phases have been successfully synthesized and are systematically tested. We emphasize that ultra-HPHT method plays an important role in the scientific research and industrial production of superhard materials. It provides the driving forces for the light elements forming novel superhard phases as well as the way for sintering high-density nanosuperhard materials.     

基于正交设计的膨胀岩相似材料试验研究

为了能够较准确配制出膨胀岩的膨胀性相似材料,以满足小比例相似模型试验的需要,采用正交试验的方法对膨胀岩的膨胀性相似材料配比进行研究.试验以砂、膨润土、石灰、外加剂(羟丙基甲基纤维素)及拌合用水为材料,采用自由膨胀率和体积膨胀量为直接指标,干燥饱和吸水率为间接指标,并考虑单轴抗压强度,设计4因素4水平的试验方案.试验结果表明,本次试验的配合比可用于膨胀性岩石的相似材料模型试验,为膨胀岩实验室模拟研究提供较为理想的材料.     

High-Pressure Experimental Studies on Geo-Liquids Using Synchrotron Radiation at the Advanced Photon Source

We review recent progress in studying silicate, carbonate, and metallic liquids of geo-logical and geophysical importance at high pressure and temperature, using the large-volume high-pressure devices ...     

基于条元法的异步轧制金属三维塑性变形分析

采用条元法分析了异步轧制条件下金属在变形区内的变形情况,建立了适用于异步轧制的轧制压力公式及中性点坐标公式,并在计算摩擦力时考虑了粘着区的存在。通过仿真分析,得到了异步轧制条件下变形区内摩擦力的分布规律及应力、应变的分布规律,最后分析了不同速比对等效应力的影响以及不同入口厚度对轧制压力的影响。     

多翼裂缝垂直井的瞬态压力分析

水力压裂形成的复杂裂缝网络破坏了单个线性裂缝的流动特性，给油井的动态预测带来了极大的挑战。为了研究多翼裂缝垂直井的瞬态压力特征，基于源函数理论和叠加原理将地层系统分为两个子系统，利用离散坐标法建立了瞬态压力分析的半解析模型。通过Laplace变换及Stehfest反演算法绘制了油藏中各流动阶段的识别曲线。在此基础上，通过改变裂缝数量、裂缝长度、裂缝角度、裂缝分布形式和裂缝导流能力等参数对复杂裂缝网络进行了敏感性分析。研究结果表明，多翼裂缝垂直井的地层流动共经历了4个阶段，其中，裂缝数量及长度对地层内地层线性流影响较大；裂缝分布形式对地层内双线性流及地层线性流影响较大且复杂；裂缝导流能力对地层内的双线性流动影响较为明显；裂缝断裂角度对地层内各流动阶段的动态压力特性影响均较小。     

Q345R疲劳裂纹扩展过程的声发射研究

为了建立疲劳过程与声发射参数之间的关系,对压力容器常用钢材的典型代表——Q345R的疲劳裂纹扩展过程的声发射信号进行详细研究. 结果表明:Q345R疲劳裂纹扩展的声发射过程分为三个明显的阶段,累积计数值和累积能量值可以很好地表征整个疲劳裂纹扩展过程;声发射参数在第2阶段到第3阶段的转折点比线弹性断裂力学定义下的要提前,表明声发射技术对疲劳进入失稳扩展阶段更加敏感;建立了Q345R声发射计数率和能量率与疲劳裂纹扩展速率的关系,它可以为Q345R剩余寿命的预测提供依据.     

快速真空变压吸附制氧的排放气充压过程研究

测试了微型制氧吸附剂的平衡吸附特性,在此基础上选出适合快速真空变压吸附制氧的吸附剂. 针对传统的单塔两步快速变压吸附制氧含量低问题,提出了提高产品气氧含量的单塔快速变压吸附制氧的排放气和原料气组合充压流程,并对该流程进行实验研究. 结果表明:在单塔快速真空变压吸附制氧过程中,采用排放气和原料气组合充压流程可以有效提高产品气氧含量. 充压前排放气的压力和氧含量是影响产品气氧含量的关键参数,采取合适的排放气压力和较高氧含量的排放气可获得更高的产品气氧含量. 在吸附和解吸压力分别为240 kPa和60 kPa时,采用排放气和原料气组合充压的快速真空变压吸附流程可获得氧体积分数90%的产品气,其产氧率为325. 08 L·h-1·kg-1 .     

黏性颗粒失流态化过程的实验研究

采用低温黏结的聚乙烯颗粒,在二维半热态内循环流化床实验台上模拟黏性颗粒高温失流态化过程,并对失流态化过程进行了规律性总结,对其床压信号进行了时域分析与频域分析.实验结果表明:从颗粒正常流化到失流态化可分为熔融、分层、成核、成团和死床5个阶段.时域分析中,压力变化可反映出床内失流态化发生的大致时间,标准偏差的变化先于均值的变化;频域分析中,频谱图上主频的变化明显于均值的变化,为防止床内出现失流态化提供了可能;通过对比不同测点的频谱图,可反映出床内最早出现失流态化的位置.     

基于GPC的环肋耐压圆柱壳结构失稳概率分析

为评估具有小失效概率特性的深潜环肋耐压圆柱壳结构的失稳概率，提出了一种新的基于高斯过程分类和重要抽样的自适应分析方法.该方法通过引入马尔科夫链蒙特卡洛法和欧式距离，开发了一种新的考虑预测不确定性和取样均匀性的自适应试验设计策略，以便更高效地构造高斯过程分类器；采用核密度估计构造准最优重要抽样密度函数；基于失效概率估计的稳定性，提出了一种更精确的迭代停止准则.通过某一分段函数验证了所提分析方法的准确性及高效性.应用所提方法得到某深潜环肋耐压圆柱壳结构的失稳概率约为8.242×10^-5.     

考虑变应力影响的粗糙裂缝油水两相流动能力数值模拟方法

油水两相相对渗透率和毛管力曲线是表征裂缝中流体流动特性的重要指标。基于侵入逾渗模型,建立一种考虑变应力影响的粗糙裂缝内油水两相流动数值模拟方法。通过蒙特卡洛法构建单条粗糙裂缝模型;利用侵入逾渗模型模拟单条粗糙裂缝中的稳态油-水驱替过程,数值求解毛管力及相对渗透率曲线。通过与Mualem解析模型比较验证模型的准确性。借助裂缝所受有效应力与开度间的解析关系,研究变应力影响下油水两相流动能力的变化规律。结果表明:油-水驱替过程中,随着裂缝有效应力增加,毛管力曲线呈整体抬升趋势,其中油相相对渗透率明显减小,而水相相对渗透率基本不变,同时发现油相开始流动对应的含水饱和度和水相基本失去流动能力对应的含水饱和度均随有效应力的增加而减小。