冷却方式对Mg-3Nd合金显微组织和物相构成的影响

制备了急冷和铸造的Mg-3mass%Nd合金,采用显微组织分析、X-射线物相分析、电子探针微区成分分析、硬度和强度等检测分析,研究了合金的显微组织、物相构成和力学性能.探讨了压缩变形对铸态合金组织和性能的影响.结果表明,急冷可以大幅度减小晶粒尺度及改变合金的物相构成.急冷合金的物相构成为过饱和α-Mg固溶体相;铸态样品的物相构成为α-Mg固溶体和Mg41Nd5.实验还表明,铸态样品压缩变形后产生大量的形变孪晶,提高了合金的强度.     

机器学习辅助高熵合金相结构预测

高熵合金由于其形成独特显微组织的固溶体、金属间化合物和非晶相而具有更好的物理化学性能．因此,高熵合金中的相预测是合金设计的第一步．采用机器学习算法中的支持向量机、随机森林和决策树3种模型对高熵合金的相位分类进行预测,通过网格搜索方法优化模型,并对模型进行交叉验证和性能评估．结果表明:随机森林的预测能力最佳,达到0.93的预测精度,且该模型对高熵合金固溶体相的分类效果最好,最后采用随机森林模型预测Ti Zr Nb Mo系难熔高熵合金的生成相,其预测生成相与实验结果一致．由此可见,机器学习技术对未来高熵合金的设计有很大的帮助．     

真空触头成分及超微结构对其耐电压强度的影响

以普遍使用的Ｃｕ－Ｃｒ合金为基础,分析了影响真空触头材料耐电压强度的因素．通过分析真空触头材料击穿前后的成分与组织的变化,发现触头合金的成分和微观组织结构与其耐电压强度有着密切的关系．材料表面固溶体的形成有利于耐电压强度的提高;材料表面成分的均匀化也可以使材料具有更好的耐电压性能．     

表层纳米化铝合金材料的微尺度力学行为

通过对表层纳米化铝合金材料显微组织的观测, 从实验(压缩实验和纳米压痕实验)和理论两方面研究了该材料的微尺度力学行为. 在实验方面, 测量了压缩应力应变曲线和硬度-压入深度曲线; 针对压缩和压痕两种实验特征, 采用微结构构元模型和应变梯度理论, 对该材料的压缩应力应变曲线和硬度曲线进行了预测和模拟; 进而确定出相关的材料参量及模型参量.     

亚稳态Fe-Ti块状合金的制备和磁性

应用机械合金化方法制备了FexTi100-x(摩尔分数,x=10~90)合金粉末,并利用冲击压缩方法将上述粉末制成了块状合金.粉末X射线衍射结果显示,所制备合金中包含非晶、纳米晶、过饱和固溶体等亚稳态的结构.冲击压缩后块状合金的X射线衍射图与冲击压缩前的基本没有发生变化,说明在冲击压缩过程中没有发生分解或再结晶.磁性测定结果显示,FexTi100-x合金在室温8、00 kA/m下的磁极化强度随着铁含量的减少而逐渐降低,当铁的摩尔分数为60%时,其磁极化强度接近于零.穆斯堡尔光谱分析结果显示,Fe-Ti合金含有-αFe、体心立方结构的Fe-Ti过饱和固溶体以及非晶相.     

基于机器学习的梯度点阵材料优化设计

点阵材料具有轻质、抗冲击、高能量吸收等特性，因而在航天飞行器承载部件设计等领域有广阔应用前景. 通过对点阵材料内部杆径进行合理的梯度设计，可以提高点阵材料在高速冲击载荷作用下的动态力学性能. 利用仿真模拟数据，基于随机森林模型实现了梯度点阵材料的动态力学响应预测和结构参数优化. 以面心立方（face center cubic，FCC）结构梯度点阵材料为研究对象，通过对杆径参数的调整实现点阵材料密度的梯度化设计. 通过LS-DYNA软件计算了密度分布不同的梯度点阵材料受到冲击载荷作用时的动态力学响应，包括冲击端面与支撑端面接触应力随时间的变化曲线. 基于随机森林模型，以各层胞元的相对密度为输入，实现对点阵材料端面峰值应力的预测，并基于Gini指数分析出对不同端面处峰值应力影响最大的胞元层. 将网格搜索算法与训练好的随机森林对接，分别以两个端面上的峰值应力最高作为优化目标，获得点阵材料各层胞元相对密度的最优值. 模型对梯度点阵材料端面峰值应力的预测误差在5%以内. 数值模拟验证结果表明，优化后所得梯度点阵材料相应端面上的峰值应力高于仿真数据集内任何结构.      

形状记忆材料的热力学设计

以新一代溶液模型考察了合金元素对Fe-Mn-Si基合金层错能的影响，并预测了Fe-Mn-Si合金面心立方(fcc)→密排六方(hcp)马氏体的相变温度．应用规则溶液模型计算了含Ce和Y的ZrO2基陶瓷四方(t)→单斜(m)马氏体相变的自由能，结合测得ZrO2基陶瓷的强度，预测了马氏体相变的开始温度．对Ni-Mn-Ga磁驱动记忆合金的磁性转变温度Tc、体心立方至体心正方(bcc→bct)马氏体相变温度Tmart和饱和磁化强度Ms与成分的关系进行了优化，提出了具有较佳综合性能的成分范围．应用热力学方法对Fe-Mn-Si基合金、ZrO2基陶瓷和Ni-Mn-Ga铁磁合金等形状记忆材料作出的成分设计均与实验结果符合较好．     

Cu-Zr-Al三元非晶合金形成范围的热力学预测

用基于热力学观点的定量预测三元合金形成非晶成分范围的方法,对Cu-Zr-Al三元合金系形成非晶的成分范围进行了计算.该方法通过比较晶态固溶体的自由能和相应的非晶态的自由能来确定成分范围,在自由能的计算中,三元系的热力学数据由相应的3个二元系的热力学数据根据Toop模型外推得到,二元合金系的形成焓则通过Miedema理论的计算得出.结果表明,理论预测的形成非晶的成分范围与已有的实验结果符合得比较好.     

LF炉钢液成分微调合金计算公式推导与解析

为了发挥LF炉精炼优质钢及流程节奏调节能力的作用,开展了LF炉过程优化主要内容之一的钢液成分微调优化的研究.该研究有利于:实现快速准确的合金计算,缩短处理周期,提高流程节奏调节能力;实现自动称量、自动加入,减轻劳动强度;可对钢液成分实现下限控制,尤其对贵重合金,降低合金消耗;可对钢液实现窄成分控制,提高钢质量,实现一材多用,等.为建立LF炉钢液成分微调模型,给出了合金计算公式的推导过程及公式的解析,并给出LF炉钢液合金成分微调模型框图,为LF炉过程优化奠定基础.     

活性材料冲击压缩及反应行为模拟方法研究进展

近年来，以含能结构材料、含能非晶合金、含能高熵合金等为代表的活性材料受到广泛关注.由于兼具结构强度特性和冲击反应释能特性，活性材料在高效毁伤和防护领域有十分重要的应用前景.其中，活性材料的冲击压缩响应行为及反应释能特性是该类材料设计和应用中关注的重点，研究人员在考虑其冲击反应行为的数值模拟方法上开展了大量的研究工作.本文基于活性材料宏观反应行为受微/细观结构特性控制的特点，从不同时空尺度对活性材料的冲击压缩及反应行为数值模拟方法的研究现状进行了综述，系统梳理了分子动力学模拟、冲击压缩特性细观模拟、冲击反应行为跨尺度模拟、冲击压缩及反应行为宏观尺度模拟方法等4个方面的研究进展.总结认为，活性材料的冲击压缩动力学响应特性数值模拟及冲击反应特性宏-细观尺度关联机制的研究已取得了较大进展，考虑反应弛豫时间和非自持反应特性的点火模型在宏观尺度数值模拟中得到发展与应用.但是，目前数值模拟中关于反应诱发后活性材料动力学行为的描述主要基于火/炸药等典型含能材料的本构模型，仅能实现对活性材料冲击反应行为的表观呈现，而对活性毁伤元作用过程关键参数的精确预测仍存在一定差距.因此，建立准确描述活性材料撞击点火...     

核合金的基于晶体塑性模型的集成计算材料模拟研究

核反应堆的核燃料包壳、堆内构件、蒸汽发生器等关键部件均采用耐高温腐蚀、力学性能优异的合金材料制造.合金加工工艺直接影响组织结构,进而影响其力学、腐蚀和辐照性能.核合金的堆外性能研究是合金适用性评估和改进优化的关键步骤,因此定量预测核级合金的"加工工艺-微结构-力学性能"具有重要意义.传统的核合金工艺改进与评估主要依赖于实验循环"试错法",实验成本高,研发周期长.基于全过程模拟的集成计算材料工程方法将制造工艺、材料演化与性能模型结合,显著缩短关键材料及构件的研发周期和成本.为促进该方法在核合金的工艺优化与研发中的应用,本文发展了基于合金微结构相关的晶体塑性模型和解耦有限元模拟的计算方法,对锆合金、钛合金和FeCrAl合金的"加工工艺-织构-力学性能"进行了定量预测.结果显示该集成计算方法可精确预测3种典型合金的热加工织构演化、拉伸和压缩塑性变形行为,可为核级合金的加工工艺优化和力学性能评估提供计算工具和理论依据.     

离散杆战斗部杆条抛撒规律的有限元分析

 采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对离散杆战斗部的杆条排布及抛撒方式进行了较深入研究。在AUTODYN-3D平台上建立了离散杆战斗部三维有限元模型,采用Lagrange算法,对离散杆式战斗部的钢杆条和钨合金杆条在有、无填充材料时杆条抛撒进行了模拟。研究发现,杆条材料、缓冲材料对杆条抛撒行为有显著影响,装填合适的缓冲材料有利于减少爆轰产物的飞散,提高炸药的能量利用率。模拟结果为离散杆战斗部设计提供了有益参考。     

工艺参数和时效处理对选区激光熔化AlSi8Mg3合金组织和力学性能的影响

选区激光熔化（SLM）技术可实现复杂金属零部件的直接近净成形，在航空航天等领域具有广阔的应用空间，然而目前SLM成形Al–Si–Mg合金主要基于传统铸造合金成分，强度较低，缺乏针对SLM技术熔体急冷特点的专用Al–Si–Mg合金新成分的设计。基于此，本研究针对SLM的技术特点，通过增加合金中镁元素的含量，设计了SLM专用高镁含量AlSi8Mg3合金新成分，并系统研究了工艺参数和时效处理对选区激光熔化AlSi8Mg3合金组织和力学性能的影响。结果表明，AlSi8Mg3样品具有良好的SLM加工性能，合金的最低孔隙率为0.07%。在高激光功率（190 W）下制备的样品中，由于在SLM加工过程中高强度本征热处理导致Mg₂Si纳米粒子从α-Al基体中析出，使得样品具有较高的Vickers硬度。样品的最大显微硬度和压缩屈服强度分别达到HV（211 ± 4）和（526 ± 12）MPa。经150°C时效处理后，由于纳米析出相数量的增多，样品的最大显微硬度和压缩屈服强度分别提高到HV（221 ± 4）和（577 ± 5）MPa，远高于目前已知大多数SLM成形的铝合金。本研究为优化SLM成形Al–Si–Mg合金的力学性能提供了新的思路。     

铸造铝合金ZAlSi7MgA处理工艺的优化设计

分析了合金成分对ZAlSi7MgA合金性能的影响，进行合理的成分设计，采用Sb、Te复合变质处理提高合金性能，并对该合金的热处理工艺进行对比性试验和正交分析，获得最佳热处理工艺方案，通过对ZAlSi7MgA合金进行变质处理和热处理等处理工艺的优化设计，提高了该合金的综合机构性能并使其具有良好的长效变质性能。     

钨丝/锆基非晶合金复合材料的动态力学特性

研究不同体积分数的W丝／Zr基非晶合金复合材料的应力—应变响应和动态断裂特征以及断口形貌．利用Hopkinson压杆冲击加载装置和扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)，对圆柱形复合材料试样进行了相关研究．研究结果表明：Zr基非晶合金复合材料具有很高的动态压缩强度，随着W丝体积分数的增加，材料的动态压缩强度也增加，当W丝体积分数达到60％时，复合材料动态压缩强度达到2650MPa；断裂表面呈现剪切与W丝劈裂、屈曲混合破坏模式；Zr基非晶体在动态压缩条件下出现了显著的热软化和熔化特征．     

急冷凝固的Al-Fe-Ni合金的组织结构与性能

采用单转轮法制做Al-5at％Fe-Ni合金薄片,并分别在500K和800K进行时效处理,研究了这类材料的组织结构、力学性能及其在时效处理过程中的变化。发现A1-5at％Fe-Ni合金经过500K 2h时效处理后,其拉伸强度达到最大值728.7MPa。这主要原因是由于经过这一处理后,从过饱合的α-Al固溶体中析出并微细了Al_3Fe,从而引起了强烈的弥散强化。     

考虑位错密度的铝合金动态压缩晶体塑性有限元分析

采用实验与晶体塑性有限元(CPFEM)相结合的方法，对7075-T6铝合金在动态压缩实验中的宏观力学响应及其微观结构的演化进行了分析。通过分离式霍普金森压杆(SHPB)对7075-T6铝合金进行了应变率为2 000 s^-1的动态压缩实验，并使用电子背散射衍射技术(EBSD)对实验前后试件的微观结构进行了表征。修改了传统晶体塑性有限元模型中的强化模型和流动准则，引入位错密度作为内部状态变量，并探究了摩擦系数以及位错增殖系数和位错湮灭系数对试件宏观力学性能的影响。结果表明：位错增殖系数增大会导致材料的硬化行为加剧且极限强度提高，位错湮灭系数增大则会导致材料的极限强度下降，且弱化其硬化行为。通过实验与模拟的结果对比可以看出，晶体塑性有限元模型可以较为准确地预测动态压缩过程中试样内部织构的变化趋势，表现为生成了较多的Brass{110}<112>织构和Goss{110}<001>织构。     

主成分logistic回归分析在底板突水预测中的应用

为对矿井底板突水进行预测,采用结合主成分分析法和logistic回归分析法的分析模型.利用主成分分析法对突水主控因素进行降维处理得到主成分,并计算出主成分在样本中的得分值;应用logistic回归分析法对确定好的主成分得分值进行logistic回归分析;把主成分转变回底板突水各主控因素,得到矿井各主控因素对于底板突水影响的回归模型.研究结果表明:可见模型的拟合优度很好,正确率达到90%以上;主成分logistic回归分析在底板突水预测中的应用是可行的.     

机枪遥控武器站锰铜基阻尼合金缓冲器非线性有限元分析及试验

机枪遥控武器站缓冲器存在能量吸收率低、二次冲击、刚度过大等现象，导致枪口振动加剧，影响射击精度. 针对上述问题，本文基于锰铜基阻尼合金开展新型缓冲器的设计研究. 对锰铜基阻尼合金广义分数阶Maxwell本构模型进行有限元实现，开展锰铜基阻尼合金悬臂梁振动特性实验验证子程序正确性. 采用遗传优化算法设计了8片对合组合和24片复合组合两种新型阻尼合金碟簧缓冲器，进行非线性瞬态有限元分析发现24片复合组合碟簧缓冲器效果较好，相对原矩形圆柱弹簧缓冲器的振动加速度有效值可降低66.42%. 最后通过缓冲器静压试验和落锤试验验证了仿真分析结果. 静压试验表明3 kN时24片复合碟簧静态能量吸收率可达37.1%，落锤试验表明其平均动态能量吸收率为63.64%，是原矩形圆柱弹簧缓冲器的1.51倍，最大位移为2.69 mm，相对原矩形圆柱弹簧缓冲器降低30%.      

基于网格技术的软件编译优化方法的研究

根据网格环境中的下一代软件模型,提出设计一个闭环反馈的编译系统,并采用外挂式的方法实现编译优化模块;将传统优化方法算法、代码压缩技术、负载平衡技术,与编译系统收集的资源信息结合在一起,研究动态优化方法,并建立优化算法评估模型,研究分布软件的适应性问题.