数据驱动的铝基复合材料性能预测和逆向设计

采用数据驱动的方法对 SiCp(0.5CNT)/7075Al 铝基复合材料的化学成分以及制备工艺进行了分析, 针对抗拉强度和延伸率两个力学性能进行了特征重要性分析, 构建了包含 8 种机器学习算法的集成框架, 自动进行模型的参数调优和最优模型选择, 并在此基础上进行了材料逆向设计. 实验结果表明, 在 470 ${^\circ}$C 固溶 40 min, 120${^\circ}$C 时效 15 h 的热处理工艺下, SiCp(0.5CNT)/7075Al-1.0Mg 复合材料抗拉强度和延伸率的预测值为 617.48 MPa 和 2.98%, 实验值为 647.0 MPa 和 3.31%, 两项物理性能的平均绝对百分比误差(mean absolute percentage errors, MAPE)较小, 依次为 4.56% 和 9.97%. 这说明本数据驱动方法对铝基复合材料的工艺优化和性能提升有一定指导意义.     

基于多材质复合管柱的裸眼井壁支撑工艺及应用

已完钻超深裸眼水平井侧钻技术是经济、高效开发油藏剩余油的主要手段之一，传统的磨铣钢套管开窗侧钻技术存在下入摩阻大、磨铣耗时长导致开窗失败等问题。为此，提出了基于多材质复合管柱的超深水平井裸眼井壁支撑工艺，结合中国西北油田已完钻超深裸眼水平井井况，首先，提出了基于“铝合金+碳钢”的多材质复合管柱组合及设计方法；其次，开展了基于管柱实物屈曲实验数据的管柱临界屈曲载荷计算模型适用性评价，并优选出了适合于“铝合金+碳钢”多材质复合管柱的屈曲临界载荷计算模型；最后，研究了综合考虑管柱扭矩、摩阻、刚性、井眼条件、管柱强度及材质的多材质复合管柱下入性分析方法，并利用下入性分析软件对西北油田顺北X1井、X2井、X3井、X4井复合管柱进行了下入可行性评价。该方法在X1井和X2井得到成功应用，进一步论证了该工艺现场应用的可行性。研究成果可为超深水平井裸眼井壁支撑的复合管柱设计和下入可行性评价提供理论参考。     

Zr-xNb-4Sn alloys with low Young’s modulus and magnetic susceptibility for biomedical implants

The microstructure, mechanical and magnetic properties of Zr–x (8, 9, 10, wt.%)Nb–4Sn alloys were investigated to obtain novel Zr-based alloy with low Young’s modulus and magnetic susceptibility for biomedical implants. After homogenization annealing, hot forging and solution annealing, Zr–8Nb–4Sn, Zr–9Nb–4Sn and Zr–10Nb–4Sn alloys were composed of β+α″ phase, β+α″ phase, β+ω phase, respectively. The temperature at which the α" and ω phase were transformed into β phase during the heating process was about 200 ​°C, and the phase transformation temperature decreased with the increase of Nb element. Among all the Zr–x (x ​= ​8,9,10)Nb–4Sn(wt.%) alloys, Zr–9Nb–4Sn alloy had the lowest Young's modulus of 46.6 ​GPa and the low magnetic susceptibility of 1.294 ​× ​10⁻⁶ cm³g⁻¹, which has a good application prospect for biomedical applications.     

隧道爆破力学模型相似材料配比的正交试验

以砂岩作为模拟对象,研究满足隧道爆破力学模型试验要求的相似材料配比问题.基于正交试验法,选取石英砂、重晶石粉、石膏、水泥和水为相似材料,设置以石英砂/固体、水泥/石膏、重晶石粉/(重晶石粉+石英砂)的质量比为3个因素,每个因素3个水平,共9组配比的正交试验方案.通过室内试验,得到相似材料的密度、单轴抗压强度、弹性模量和声波波速的实测数据.试验结果表明:相似材料的物理力学参数分布范围较广,可满足不同隧道模型试验对相似材料的配比要求.利用极差敏感分析法分析各因素对相似材料参数的敏感性,并通过各因素对相似材料参数影响的直观分析图,分析各因素对相似材料物理力学参数的影响规律.对试验数据进行多元线性回归分析和室内试验,发现最优配合比下的相似材料与原型砂岩的单轴应力-应变曲线具有相似的脆性破坏特征;相似材料物理力学参数的设计值和实测值误差较小.     

Al涂层/AZ91镁合金复合铸造界面的研究

对型芯预喷涂一层Al涂层,将AZ91镁合金液浇注到铸型中实现基体和涂层的结合,对凝固后的结合界面组织和相组成进行分析。结果表明,AZ91镁合金液和Al涂层表面的氧化物发生反应,实现了界面间的润湿,形成冶金结合界面。该界面包含3个扩散层:镁合金基体一侧为(Al₁₂Mg₁₇+δ_Mg)共晶组织;中间层为Al₁₂Mg₁₇金属间化合物;Al涂层一侧为Al₃Mg₂金属间化合物,并弥散分布着一些氧化物。试验结果证明,通过复合铸造的方法可以实现Al涂层和镁合金基体的冶金结合。     

双组分道路交通标线研究进展

为了有效提高双组分道路交通标线的路用性能,促进双组分道路交通标线的推广应用,本文通过梳理国内外对双组分道路交通标线路用性能的最新研究成果,简要介绍了双组分道路交通标线材料体系及其固化原理,总结了道路标线耐久性的评价指标,并探讨了温度、雨水侵蚀、紫外辐射以及车辆磨耗等对其的耐久性的影响。同时,论述了面撒玻璃珠和发光材料对提升道路交通标线可视性的效果,结果表明,面撒密度范围9%~24%的高折射率玻璃珠和添加发光粉SrAl2O4:Eu²⁺,Dy³⁺对道路标线可视性提升效果最佳。此外,阐述了组成设计优化、纳米材料(纳米TiO2、纳米填料和纳米粘土)等方法改善道路交通标线的路用性能的方法,并在此基础上对未来的发展和研究方向进行了展望,以期推动双组分道路交通标线的发展,助力交通强国建设。     

基于铜金复合纳米材料的半胱氨酸检测

铜金复合纳米材料作为一种新型探针，可灵敏地选择性检测半胱氨酸。在碘离子存在的情况下，半胱氨酸能够使铜金复合纳米材料的吸收峰信号增强，从而实现半胱氨酸的定量检测，检测限为0.06 mmol/L，线性范围为0～1 mmol/L。与其他氨基酸相比，铜金复合纳米材料传感器对半胱氨酸显示出良好的选择性，所制备的铜金复合纳米材料无需任何处理即可直接用于检测体系，大大简化了检测流程，具有简单、快捷和选择性高等优点，可作为半胱氨酸检测的有力工具。     

磁流变液中磁性颗粒成链与团聚的临界特征分析

热运动对纳米级磁流变液系统的颗粒团聚行为和宏观流变特性扰动影响不可忽视.为研究施加外磁场后系统微结构与热运动间的关系，探讨在不同颗粒粒径情况下热运动能量在系统总能量中的占比.采用CCD设计方法，分析Monte Carlo仿真获取的颗粒位形信息，生成关于外磁场磁感应强度、颗粒粒径和体积分数的系统热耦合系数<λ>回归模型;成链团聚的临界颗粒粒径计算值比文献经验值高出约23%，证实在考虑系统内多因素的综合影响下，纳米级磁流变液具有更严格的流变现象临界发生条件.     

大尺寸工程模型试验中的相似材料配比试验研究

大型物理模型试验是研究复杂工程问题的重要方法，如何快速、准确地确定相似材料配比是试验中至关重要的一环.为降低试验成本、简化试验步骤、充分调用原料性能，采用河砂、水泥和石膏这三种最普通的原料，以骨胶比(河砂与水泥石膏的质量比)和水膏比(水泥与石膏的质量比)为变量，进行了45组对比试验，对相似材料的物理及动、静力学参数进行了研究.获得了以河砂、水泥和石膏为原料配制的相似材料各物理量的变化区间；探讨了骨胶比和水膏比对相似材料各物理量的控制作用，并对比了其敏感性；基于多元线性回归分析建立了各因素与物理量间的定量关系，得到的拟合公式能较好地描述相似材料的性质.     

Recent advances and challenges in materials for 3D bioprinting

3D bioprinting has been developed as a promising technology in a wide variety of biomedical applications. However, the successful implementation of bioprinting is still heavily restricted by the relatively narrow range of printable and biocompatible materials. Recently, many comprehensive reviews of the main bioprinting methods, commonly used bioprinting materials and the trending bioprinting applications have been carried out. In this review, we focused on the trends in the development of materials for 3D bioprinting. The significance and recent advances of ECM-based materials, multi-material and stimuli-responsive materials for bioprinting were summarized successively. Moreover, the challenges in current studies and future perspectives of materials for 3D bioprinting were discussed.