极端条件下的重大科学问题与极端条件设施发展现状及展望

随着低温、高压、强场等各项极端实验条件的拓展及在极端实验条件下测量技术的发展,人们利用极端条件设施与技术取得了许多具有深远影响的基础研究和应用研究突破.利用极端实验条件取得创新突破已成为科学研究与技术发展的一种重要范式,建设世界一流的综合极端条件用户实验设施已成为我国科学技术发展的迫切需要.本文首先结合实例概要介绍了极端条件下已解决的和所面临的重大科学问题,介绍了国内外极端条件实验装置的发展概况和发展趋势.然后,从科技发展的角度阐述了建设综合极端条件实验装置的重要性,并对我国综合极端条件设施建设愿景做了展望.     

井下极端条件核磁共振探测系统研制

简要介绍2005年至今笔者课题组在井下极端条件核磁共振探测系统研制方面的成果。这里的极端条件是指:高温、高压、仪器体积受到严格限制、测量时处于运动状态、被测样品处于探头之外、低场、低信噪比等。处于井下极端条件的核磁共振探测与常规条件下的核磁共振探测很不相同,需要特殊的探头和测控系统,对降噪及资料处理和解释也提出一系列技术和工艺要求。围绕井下极端条件核磁共振探测的关键科学问题、技术问题、工程问题、工艺问题,介绍解决方法和相应进展,包括探测系统的基本组成与研发流程,探头设计与实现,测控系统设计与实现,降噪方法与效果,数据采集及处理软件的设计与实现。设计制作并测试偏心型和居中型两种探头、全套电子线路及降噪方法、采集与处理软件。所研制的探测系统已经投入到工程化应用,提升了中国石油工业高端技术的水平。     

超越极限的嗜极微生物

生物生存的极限条件是什么?在强酸、强碱、高温、高盐、高压、高辐射等极端恶劣的环境条件下,是否还有生命的存在?这些都是科学家们关注的课题。如今,随着科学技术的飞速发展,研究人员已经相继在极端环境中发现了一些微生物,并将其通称为“嗜极微生物”。嗜极微生物不但具有重要的科研价值,而且还是不可忽视的生物资源。     

潮汐对近岸地下水水位波动影响的试验研究

利用自行研制开发的潮汐模拟自动控制系统,对潮汐影响下近岸地下水水位波动和周期平均地下水水位超高进行了试验研究.试验结果表明:近岸任意一点地下水水位随时间变化具有不对称性,水位上升比下降快;潮汐信号在地下水传播过程中会产生周期性的水位波动,随着离岸距离的增加,水位波动振幅衰减加快;潮汐在沿岸潜水层中形成的地下水水位超高最大可以达到含水层厚度的10%左右.潮汐的振幅和频率对近岸地下水水位超高有着重要的影响,在相同条件下频率对地下水水位超高的影响较振幅大;潮汐对地下水水位超高的影响还与近岸潜水层的厚度有关.     

随机箱中相对论气体的玻色—爱因斯坦凝聚温度

在非相对论与极端相对论极限2种情况下,研究了双高斯分布随机箱中理想玻色气体的玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)温度,讨论了箱子的边界条件对系统BEC温度的影响.结果表明,随机边界降低了系统的BEC温度.和极端相对论情况相比,非相对论极限下的临界温度更低.     

第4卷分类索引

说明:分类索引中索引号由8位数字组成,前两位是年份后两数字,第3、4位数字是所在期号,后4位数字表示该文在本卷中的起始页码。数理科学脉冲积分微分系统关于两个测度的有界性理想化评价技术在催化剂评价中的应用极端条件下q畸变量子光学奇异特性和相关问题研究铁钝化多孔硅形成过程中的形貌演化和腐蚀机理极端条件下超对称量子力学在原子物理中的应用和相关问题的研究基于Kalman滤波的信息融合白噪声最优反卷积滤波器信息融合稳态最优Kalman平滑器基于结构动力响应的结构损伤识别极端条件和非寻常条件下原子奇异特性和双子代核原子的研究数…     

基于斯特林制冷机的氦气氛高低温箱深冷试验研究

为了模拟航天产品试验所需极端温度环境和测试航天产品在较大升降温速率条件下的耐受能力,研制了区别于传统热真空罐的氦气氛高低温试验箱,其净空间尺寸为2m×2.2m,可以通过强制对流与辐射换热相结合的方式提高升降温速率.同时,以液氮和四缸两级斯特林制冷机为双冷源,对高低温箱的降温性能进行测试,考察了高低温箱内空间的降温极限以及达到多个目标温度的降温速率等.结果表明,在液氮与斯特林制冷机共同作用的条件下,通过氦气的强制对流、再将氦气抽除的技术手段,可使热沉温度降至-210℃以下.     

火灾下超高强钢S960力学性能与抗火设计建议

为研究超高强钢S960在火灾下的材料力学性能,分别采用稳态火灾试验方法和瞬态火灾试验方法对超高强钢S960进行高温力学性能试验,得到超高强钢S960在火灾下的弹性模量、屈服强度、极限强度、应力-应变关系曲线以及钢材破坏模式等。将试验研究结果同现行钢结构规范EC3、ASCE、AISC、AS 4100和BS 5950等进行对比分析,以验证规范对于高强钢的适用性。同时,为研究不同种类高强钢火灾下力学性能差异,将试验结果与现有文献中欧标高强钢S460、S690以及国产高强钢Q460、Q550、Q690和Q890的火灾下材料力学性能进行对比。此外,提出超高强钢S960在火灾高温作用下钢材力学性能的拟合公式,并验证其准确性。研究结果表明,现行各国规范不能安全可靠地指导超高强钢S960及其他高强钢的抗火设计,对规范进行针对高强钢的修订势在必行。     

预应力钢绞线超高强混凝土管桩轴压性能研究

通过对2种常用桩型的预应力钢绞线超高强混凝土管桩和预应力钢绞线复合配筋超高强混凝土管桩进行轴压性能试验、数值模拟分析和经验公式计算,研究了管桩的极限轴压承载力、极限轴压变形及破坏特征．结果表明：所有管桩试件均呈现受压破坏,混凝土首先压碎,导致纵筋向外压曲,箍筋拉断．数值模拟得到的桩身破坏断面与试验桩身破坏断面吻合较好,数值模型可以较为准确地预测管桩极限轴压承载力和极限轴压变形．预应力钢绞线超高强混凝土管桩以及预应力钢绞线复合配筋超高强混凝土管桩的抗压承载力建议按照国家标准图集《预应力混凝土管桩》(10G409)中公式进行计算．     

我国超高纯稀土金属及合金节能环保制备技术研究取得重大进展

正我国是世界最大的稀土金属及合金生产国和供应国,但在超高纯稀土金属制备技术方面却相对落后。为此"十二五"期间,863计划在新材料技术领域设立了"超高纯稀土金属及合金节能环保制备技术"课题,由北京有色金属研究总院牵头承担。经过几年攻关,课题取得了一系列重大进展,并于2014年6月下旬顺利通过了科技部组织的专家验收。课题组通过稀土金属制备、提纯技术及装备的集成创新,突破超高纯稀土金属制备关键技术,自主设计研制了超高真空蒸馏炉、     

六车道以上高速公路超高设计方法的研究

新的《公路工程技术标准》、《公路路线设计规范》、《公路勘测规范》在设计理念和技术手段上都与旧的《标准》和《规范》有较大的不同,原有的设计方法和计算方法的许多内容与新《规范》、《标准》不相符,尤其是超高的计算部分,新规定太多,又缺乏参考的计算公式．文章结合课题,研究了新的《规范》、《标准》条件下,高速公路超高值的确定,缓和曲线长度的计算方法,并分别研究了设置一条路拱线条件下和设置两条路拱线条件下,超高过渡段内不同的旋转阶段超高值的设计方法,并给出了相应的计算公式．     

HPFL加固RC梁在不同高温下的极限荷载试验研究

为研究HPFL(High-performance ferrocement laminate)加固RC梁的极限荷载与温度变化之间的关系,对4根三面U形加固(在梁的受拉面和侧面进行加固)RC梁通过自行研制的高温试验炉在常温(20℃),400℃,600℃和800℃温度条件下分别进行恒温加载试验,研究了使用这种技术加固的RC梁的极限荷载与温度之间的关系,并比较了它们的挠度和破坏形式.通过与常温下的对比梁相比,HPFL加固的RC梁的极限荷载随着温度的增加而减小,加固梁破坏时的挠度随着温度增加而增大,且推导出了HPFL加固RC梁的极限荷载与温度之间的关系.     

光子噪声受限的波前传感器的实验研究

以自适应塑远镜技术中应用最广的哈特曼(Hartmsnn)型波前传感器为例,利用光子计数技术对单孔径望远镜在光子噪声受限条件下所能探测到的目标星等极限、探测灵敏度极限以及探测速率极限等基本问题作了实验和理论研究。结果表明,利用文中所述的刀口式哈特曼波前传感器,在光子噪声受限条件下,在1ms探测时间内,在波前误差探测灵敏度为十分之一波长的情况下,可探测到八等星目标。为了在光子计数技术基础上准确标定实验目标的星等,研究分析了进入波前传感器的光通量与探测到的对应光电子通量之间的关系,给出了计算模式、计算机模拟结果和实验结果。     

微型涡轮发动机设计与制造的若干关键技术

分析了微型涡轮发动机不同于宏观尺度的流动和燃烧特性(低雷诺数Re、高马赫数M、高库埃特Couette数和低毕渥Biot数的流动，极小空间超高燃烧负荷率的燃烧)。提出了在微尺度和超高转速条件下，传统的流体动力润滑理论所存在的局限性；研究了利用边界滑移实现微尺度条件下气体动力润滑轴承实现超高转速的可性。基于碳化硅材料在MEMS高温高强度条件下的应用前景，提出将硅基蚀刻与传统的碳化硅反应烧结和磨削加工等工艺进行结合，实现微型涡轮发动机碳化硅材料微细结构的机械加工。     

强一致收敛条件下序列系统与极限系统的关联性

混沌动力系统是广大研究者的研究课题,而很少有研究者研究混沌中的序列系统与极限系统。在混沌动力系统的基础上对混沌中的序列系统与极限系统进行研究,先在一致收敛条件下对序列映射非游荡点进行讨论,得出序列映射不能保持到极限映射。在此基础上,引入比一致收敛更强的收敛即强一致收敛,在强一致收敛条件下,序列映射的非游荡点与极限映射具有某种保持性。同时还讨论了在强一致收敛条件下,序列映射非游荡点与极限映射非游荡点集合的包含关系,得出序列映射非游荡点上确界的极限包含于极限映射非游荡点和若序列映射非游荡点集等于全空间则极限映射非游荡点集等于全空间。对序列映射和极限映射的研究为混沌动力系统中的序列动力系统和极限动力系统的研究作出了准备。
     

一类有界E_3~1系统的极限环

研究只有一个有限远奇点的有界Ｅ３１系统在２个等价条件下的极限环问题，得到了系统不 存在极限环，恰有一个极限环和至少二个极限环的条件，并分析了极限环的变化情况。     

脉振模压成型对UHMWPE中空制件结构与性能的影响

为了提高超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中空制件的机械性能和耐磨性能，采用自主研制的中空制件成型模具，在模压成型过程中引入脉冲振动，使物料在脉冲压力下实现成型，并通过拉伸测试、砂浆磨耗测试、热分析测试、密度测试和2D-WAXD(二维广角X衍射仪)测试，研究脉冲振动对制件微观结构及宏观性能的影响，同时与静态成型条件下的中空制件对比。结果表明：在致密化阶段施加脉冲振动可有效提高制品的致密化程度；在冷却结晶阶段施加脉冲振动时，制品的取向度与结晶度均得到提高。脉振条件下成型制件的拉伸性能和耐磨性能均优于静态条件下成型的制件。     

快速超高密度外存储基础技术通过鉴定

快速超高密度外存储基础技术通过鉴定我校计算机外存储系统国家重点专业实验室研制的一种新技术能使目前磁盘存储器的信息容量扩大一个数量级，接收速率提高３倍．“快速、超高密度外存储基础技术”已于２月中旬通过了鉴定．专家鉴定认为，该课题研究水平达到了当前国际先...     

高压下硅单晶的一级Raman光谱的测量

随着高压技术的迅速发展以及在Raman光谱实验中广泛应用激光技术以来,高压下固体Raman光谱的实验研究得到很大发展,并受到人们的重视。近年来,固体的高压Raman光谱的测量有不少报导。它为晶格动力学的诸过程的研究提供了相当有用的信息。 我们研制了微型金刚石对顶钻压机,并获得了1320 kbar超高压力。在此基础上初步建立了测量高压萤光光谱和高压Raman光谱的实验技术。     

高压撞击下E36船用钢的动态响应研究

针对船用钢材料在超高应变率下的动态响应机制及变形强化机理尚不明确的技术基础问题，通过一维平板撞击试验测得了10，20及30 GPa撞击压力下E36船用钢的自由表面速率?时间曲线，计算得到了E36船用钢的Hugoniot弹性极限和层裂强度，利用ANSYS软件模拟了不同撞击压力下的温度场；并采用SEM、TEM等技术研究了E36船用钢在高压撞击下的损伤演化规律和变形强化机理. 试验结果表明:不同撞击压力下材料均发生了层裂，毁伤机理为微孔和微裂纹形核、长大和聚合；随着撞击压力的增加，E36船用钢的Hugoniot 弹性极限变化不大，层裂强度逐渐增加，相变强化、位错强化和孪晶强化是E36船用钢在高压、高应变率下的主要强化机制.