超声兰姆波二次谐波发生效应的理论、实验及应用研究进展

材料退化或微损伤的早期无损检测和评价可以保障关键结构的安全服役.因此,开展缺陷演化的早期评价,甚至缺陷产生前的早期检测是非常重要的.通常,线性超声检测方法对材料微观缺陷不敏感.非线性超声技术被广泛认为可以表征材料微观结构变化.二次谐波发生效应作为超声传播过程中的一种典型非线性声学效应,可以用来评价材料的性能退化程度和检...     

材料损伤的非线性超声评价研究进展

非线性超声技术由于能够克服传统线性超声的不足,对于微纳尺度缺陷(如位错、微裂纹等)较为敏感,受到研究者的广泛关注.本文介绍了非线性超声技术检测材料损伤的基本原理;对传播过程中非线性超声波与材料微观结构相互作用的理论研究以及非线性超声技术检测、评估材料损伤的实验研究进展进行了综述;最后基于非线性超声损伤检测研究的现状对该技术进一步发展进行了展望.     

黏接界面性能劣化的非线性超声检测研究进展

作为传统机械连接的重要补充形式,黏接结构在工业领域应用广泛.在外载及环境因素的综合作用下,黏接界面的性能会出现劣化,严重影响黏接结构的安全使用.因此,黏接界面性能检测一直是无损检测领域的热点和难点问题.线性超声技术能有效实现黏接界面中分层、脱黏等损伤的检测,但难以实现黏接界面早期劣化(如界面闭合缺陷、界面弱黏接等)的检...     

基于界面和纳米析出相材料的抗辐照损伤机制研究进展

核能是重要的清洁、可靠和可持续的能源.核能的发展离不开高性能的核反应堆结构材料,这些结构材料在高温、高剂量辐照的环境下长时间服役,其性能在很大程度上决定反应堆的使用寿命.载能粒子轰击会在材料中引入大量缺陷,这些缺陷随时间的演变往往造成材料组织结构的改变,从而引起材料性能的下降,甚至失效.具有更苛刻服役条件的先进反应堆急需具有更优异抗辐照损伤性能的结构材料.抗辐照损伤材料设计的本质就是通过成分和微观结构等设计来提高材料中载能粒子辐照所引入缺陷的湮灭能力,从而提高材料的抗辐照性能.基于界面的抗辐照损伤设计是近几十年抗辐照损伤材料设计的主要思路.本文从抗辐照损伤机理研究存在的挑战出发,主要综述了基于界面的抗辐照材料结构、成分设计及特点,已经提出的抗辐照损伤设计方案及相关机理,重点介绍了北京大学技术物理系核技术应用团队基于界面以及提出的循环溶解再析出的纳米析出相的抗辐照损伤材料设计及机理方面的研究进展,并对未来基于界面和纳米析出相抗辐照损伤设计的研究进行了展望.     

Ni3Al中空位团对周围原子排列与位移阈能的影响

反应堆材料是在强辐照条件下工作的.由于核反应堆安全性和可靠性的要求,人们做了大量的工作来研究辐照损伤对材料的结沟与性能的影响,由于从实验上跟踪缺陷生成的过程与微观机制非常困难,目前这方面的很多结果是通过计算机模拟结合一些纯理论工作得出的.其中不少工作是通过计算材料中原子的位移阈能(Displacement threshold energy,E_d)来研究材料的辐照损伤效应.快速运动的原子,能够导致产生稳定的Frenkel缺陷对,该原子所具有的最小的动能就是它的位移阈能,E_d是表证材料中辐照损伤效应的重要参数.     

激光熔覆再制造零件中超声传播及缺陷检测数值模拟

激光熔覆再制造零件在具备优良性能的同时,其弹性性能呈现出声学各向异性,为声学检测带来困难,深入研究各向异性激光熔覆层及基体材料中超声波的传播特性,可以为这类再制造零件的超声无损评价提供重要的理论依据.本文建立了激光熔覆再制造零件中超声传播及缺陷检测数学模型,通过计算获得了Fe314激光熔覆再制造涂层、45钢基体两层介质中超声波探头辐射声场的分布特征.研究结果表明:材料的各向异性对入射声场的影响程度与材料的慢度值有关,声束的偏转方向由慢度面的法矢量决定,声束的聚焦、散焦行为由慢度面的曲率决定.应用建立的模型模拟了激光熔覆再制造零件中横通孔、裂纹缺陷的回波信号.比较了数值模拟与实验测量结果,二者的幅值和相位都具有很好的一致性,有效验证了本文所建立的超声检测数学模型的正确性.     

抑郁症认知功能损伤及异常脑机制研究进展

认知损伤不仅是抑郁症患者的重要症状,也阻碍着抑郁症状的消除和疾病的整体康复,因此,探讨抑郁症认知缺陷及异常脑机制对了解抑郁症的病因、诊断和治疗意义重大.本文从执行功能、注意、记忆、反应速度等维度讨论抑郁症认知功能缺陷,并阐述其背后的异常宏观脑活动和微观分子标记.未来研究我们建议借助心理认知任务定量评估抑郁症认知功能,同时采集患者多模态脑影像和神经生理数据,通过多维数据计算建模分析,探寻抑郁症潜在生物标记,进而对抑郁症进行生物亚型分类,为深入理解抑郁症发病机理和个体化诊疗提供科学依据.     

论建筑结构工程质量检测中的无损检测技术

无损检测是在不损坏被检测件的结构和适用性能的情况下,利用声、光、电、磁和射线等方法,来揭示其内部或表面存在的缺陷,以提高被检测件的内在质量和使用时的可靠性,无损检测技术广泛应用于材料和产品的静态动态检测和质量管理方面.笔者简要的提出几种无损检测技术在混凝土质量检测中的应用.     

孔隙材料的强度和韧性参数

一、引言 研究孔隙材料的强度参数与孔隙率间的关系具有十分重要的实际意义。它不仪有益于粉末冶金技术的发展而且可以丰富损伤力学理论。孔隙的形状、尺度和分布都具有随机性的孔隙材料,称为简单孔隙材料。从统计学角度来看,这种材料在宏观上是均匀的和各向同性的。而     

桥梁火灾受损检测与加固处理

公路跨线桥的桥梁下部结构位于一般路线上,容易遭受车祸引起的火灾威胁.桥梁遭受火灾后,构件尺寸、材料强度将会造成很大损伤,承载能力大大削弱,极大地影响了行车安全.常规的桥梁检测方法并不适用于火灾桥梁的检测评定.介绍了某高速公路跨线桥梁遭受火灾后采取的检测方法,根据检测结果对桥梁结构的损伤程度作出正确判断,进而制定修复加固方案.     

金属玻璃动态拉伸断裂(层裂)中的损伤演化行为

金属玻璃独特的非晶结构使其具有许多优异的力学、物理性能,因而在装甲防护、卫星护罩等方面拥有广阔的应用前景.近年来,在金属玻璃层裂面上观察到一种"韧脆转变"现象,其可能会加速材料的动态损伤演化进程,影响其在国防军事、航空航天方面的实际应用.如何有效规避此类缺陷,要求研究者在机理层面进一步加深对该过程的认识.本文回顾了冲击载荷下金属玻璃动态力学性能和损伤演化机理方面的研究现状,并对层裂过程中动态孔洞扩展的相关理论展开介绍,明确了已有实验工作和理论模型中的不足,旨在吸引更多研究者参与到该领域的研究中.     

N掺杂ZnO的缺陷识别与物性调控

ZnO由于其室温下激子稳定存在,因此是一种具备高效发光性能的宽禁带半导体材料.然而,由于ZnO材料本征缺陷种类繁多、性质复杂,且缺乏合适的p型掺杂剂,其出色的光电性能一直未得到应用.近年来,越来越多的研究工作指出, ZnO的材料性质极大程度依赖于其中杂质缺陷的组成,因此对ZnO中缺陷的种类识别和调控手段的研究成为ZnO材料走向应用前待解决的重要问题.本文结合近年来的研究进展,介绍了ZnO中各类本征缺陷的性质和调控手段,指出了N掺杂ZnO体系中受主的主要来源,获得了抑制补偿施主和诱导浅受主的一系列有效方法.在此基础上,提出了等价元素-受主共掺技术,实现了ZnO纳米材料的p型掺杂及同质结LED,并进一步拓展了ZnO纳米材料应用于存储器和宽频光探测器.     

金属铝中Si点缺陷的第一原理研究

点缺陷是固体中最简单的一种缺陷,然而固体的许多物理和机械性质都敏感于点缺陷的存在。另外,固体中的其他各种对材料性质起决定作用的缺陷,如线缺陷、面缺陷和空洞等都受到与点缺陷的相互作用的影响。因此,详细地研究点缺陷的性质对理解材料的微观和宏观性质都有重要作用。由于金属铝及其合金在航空航天和电子工业上的重要性,对铝及其合金的研究受到了很大的重视。硅是铝中最重要的杂质缺陷之一。铝-硅合金也是最重要的商业化合金之一(当加入0.01％(重量分数)Na时)。这种合金的微结构和机械性质在少量外来原子加入后得到了很大的改善。     

高弹性自修复材料的设计合成

自修复材料能够实现对自身裂纹的检测并自发地修复损伤,从而可以预防材料由于产生裂纹而存在的潜在破坏,延长材料的使用寿命.然而,常规自修复材料存在弹性与自修复性质无法兼容的问题.弹性好的材料通常不能自修复,而自修复性能好的材料弹性又不好.如何通过化学设计得到兼具高弹性和优良自修复性质的材料是自修复材料研究领域面临的一个挑战.本文主要总结了近几年高弹性自修复材料的设计合成及应用方面的研究进展,并对相关研究做进一步展望.     

面状分布缺陷谐振环对左手材料微波效应的影响

研究了面状分布缺陷开口谐振环(split ring resonators, SRRs)组对三维左手材料的微波透射行为的影响.用电路板刻蚀技术制备了以六边形SRRs与金属铜Wires组合为结构单元的三维左手材料样品, 利用波导法测量了含有不同空间取向面缺陷SRRs构成的三维左手材料X波段(8~12 GHz)微波透射行为. 实验表明, 相对于无缺陷情形, 面缺陷的引入使谐振峰谐振频率移动, 且红移、蓝移的情况都存在; 谐振强度明显下降, 最多达到19.3 dB, 相当于原来的46%; 通频带宽在[315~817.5 MHz]范围变化. 面缺陷的存在破坏了材料的周期性结构, 导致形成新的电磁谐振条件、谐振峰发生变化. 不同空间取向的面缺陷对材料周期性结构改变程度不同, 其缺陷效应差异较大. 相对于点缺陷、线缺陷, 面缺陷效应更强.     

二维材料中的缺陷及其拓扑、几何效应

晶体材料中的缺陷会引发局部的形变与应力,从而对材料力学性质、输运行为等物理特性产生影响,这在低维材料中尤为显著.近几年来在石墨烯等二维材料的相关研究中发现了多种类型的缺陷,这些缺陷对其材料性能具有一定的调控功能,且与块体材料中的行为有一定区别,因而其物理机制值得探究.本文将介绍相关的研究进展,特别是缺陷在影响材料行为时的几何与拓扑效应,并讨论其在二维材料晶体生长、低维结构材料设计等方面的意义.     

中子辐照CZ硅中缺陷的光致发光研究

一、引言 近年来,随着缺陷工程的发展,有关CZ硅辐照缺陷的研究得到了极大的关注。中子辐照缺陷,一方面可起到提高半导体器件抗辐射能力的作用;另一方面可抑制器件加工过程中有害缺陷的生成。目前,光致发光(PL)作为表征半导体材料的一种有效手段得到了广泛的应用。研究光致发光谱可认识材料的一系列物理过程和性质,还可获得有关局域态的知识,     

基于金相图片输入的功能梯度板件力学分析

建议一种细观元方法, 将材料金相图片信息替代传统力学分析的材料参数输入, 来进行力学行为分析, 完成材料细观结构与构件宏观响应间跨尺度分析. 细观元法在结构的常规有限元内部设置密集细观单元以反映材料细观构造, 又通过协调条件将各细观元结点自由度转换为同一常规有限元自由度, 再上机计算. 此方法可实现材料细观结构到构件宏观响应的直接过渡分析, 而计算单元与自由度又等同一般常规有限元, 为解决具有细观结构新材料与构件跨尺度分析提供一种新的有力工具. 直接从材料金相图片提供的复杂细观结构图形出发计算功能梯度板件力学响应, 给出了宏观力学量三维分布形态以及细观骨架上等应力线走向图.     

强激光诱导的材料界面不稳定性

在高功率激光器内部激光工作物质和光学元件,窗口镀膜材料的设计中,传能光纤以及制导传感器抗激光致盲材料的设计中,对材料的抗激光性能问题都要有所考虑.大量实验表明,材料表面和界面是较容易损伤的部位.现有的研究大都注重体材料损伤过程的描述上,而对材料界面的激光损伤微观机制的研究甚少.在抗激光材料的设计中,很需要对材料的微观过程有深入的认识.通过对微观过程的分析,引出一些可控制的物理参量,如调制掺杂异质结的调制掺杂浓度.在材料设计中通过调节这些可控制参量,从而使材料能承受某一功率范围的激光辐照.     

离散位错动力学算法及其在材料塑性行为模拟中的应用

晶体材料的塑性变形由位错的运动演化而引起.离散位错动力学(discrete dislocation dynamics, DDD)通过直接模拟大量位错的演化而研究材料的塑性变形,因此能够揭示材料微结构-位错微结构-塑性力学行为之间内在的物理关联,并能够自然而然地捕捉塑性变形微米/亚微米特征尺度下本征的尺度效应.它所能模拟的尺度介于微观分子动力学模拟和宏观有限元模拟之间,在多尺度算法中起到承上启下的作用.本文首先系统地发展、完善和丰富了离散位错动力学-有限元(finite element method, FEM)叠加算法、DDD-FEM直接耦合算法(discrete-continuous method, DCM)以及离散位错动力学-扩展有限元(extended finite element method, XFEM)耦合算法等框架体系.在此基础上,利用这些方法对单晶镍基高温合金的塑性变形机理、晶体材料的断裂和损伤变形行为以及塑性行为的微尺度和微结构效应3个方面开展了系统的研究.所得模拟结果指导了基于微结构和位错机制的单晶镍基高温合金晶体塑性本构模型的建立,丰富和加深了人们对材料强化、循环塑性、断裂、损伤、尺度效应和微结构效应的认识.此外,离散位错动力学可进一步应用于诸如高温、高压、高应变率、化学腐蚀环境、高辐照等极端条件下晶体材料塑性行为的研究,是材料力学行为多尺度模拟研究中的重要一环.