热辐射修正后金属样品冲击温度研究

在金属物质高温高压物态研究中,金属/透明窗口接触界面的真实温度是该领域研究者的一个重要的目标。但是由于金属/透明窗口间的接触情况无法达到理想状况而造成的辐射尖峰以及发现窗口材料可能在冲击压缩下有自身辐射行为,这些给金属/窗口界面温度的直接观测带来了很大阻碍。本文通过实验技术改进,彻底消除了界面的异常辐射尖峰;通过对窗口热辐射进行模拟估计,扣除了其对辐射信号的影响。     

节理倾角对岩体冲击力学特性影响试验研究

地下岩体工程经常承受动态荷载,进行岩体的动态力学特性研究迫不及待.本文以落锤冲击试验机进行动态加载,通过相似材料预制试验岩石模型,开展了不同节理倾角与无节理岩体模型试件共四组冲击加载试验,对比分析岩石试验样品冲击过程中的力时程曲线与压缩位移时程曲线,得出在落锤冲击荷载作用下节理的存在降低了岩体所能承受的冲击力峰值,增加了其动态压缩位移,岩体节理倾角越小其动态压缩位移越大.     

PC/ABS高分子合金材料的热黏塑性内时本构模型

针对PC/ABS(聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)高分子合金材料在冲击压缩下所表现出的强非线性行为,包括温度相关性、率相关性及应变强化-软化-再强化的特性等,建立了一个考虑ABS增韧机理的内时变量的内时本构模型,由此对PC/ABS合金在20°C、70°C下,压缩冲击应变率分别为8.0×102 、2.7×103 、1.0×104 s-1 时的真应力-应变曲线进行了模拟,并与相关文献中的实验数据进行了比较.结果表明,文中所建热黏塑性内时本构模型能够较好地描述PC/ABS合金材料的冲击压缩响应.     

冲击-斜波加载下锆的动力学特性

本文基于磁驱动装置CQ-4完成了冲击-斜波加载实验设计,开展了金属锆在不同加载条件下先冲击再斜波压缩新热力学路径下的动力学特性研究.实验结果显示,加载压力峰值约为25 GPa,三个样品的波剖面结构依次为弹塑性转变、冲击波和斜波压缩,当冲击加载压力在相变压力附近约10 GPa时可以获取含有明显相变特征的速度波剖面,而冲击压力在20 GPa时冲击波覆盖相变波,速度波剖面无法观测到10 GPa附近的双波结构.加载压力峰值约为44 GPa,速度波剖面无弹塑性转变和相变特征为单波结构.结合多相状态方程和非平衡相变速率方程对锆的冲击-斜波压缩过程进行了数值模拟,计算与实验结果吻合良好,可以较好地模拟锆的冲击-斜波压缩实验过程.     

温度对三维编织复合材料冲击压缩性能的影响

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)测试了三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料在20~300℃下的面外冲击压缩性能,分析了温度对三维编织复合材料冲击压缩性能的影响规律.研究结果表明:温度对三维编织复合材料的冲击压缩性能具有明显的影响,三维编织复合材料的面外压缩刚度、失效应力和能量吸收随着测试温度的增加而下降,失效应变则随着测试温度的增加而增加;三维编织复合材料的失效模式主要为剪切破坏,随着测试温度的增加,破坏越明显.     

低温场下三维编织复合材料的冲击压缩性能

利用搭载低温装置的分离式霍普金森压杆装置,测试三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料在温度范围-100~23℃内沿面内方向的冲击压缩性能,分析三维编织复合材料面内压缩刚度、失效应力和比能量吸收在低温环境下随温度的变化规律.结果表明,三维编织复合材料压缩刚度、失效应力以及比能量吸收随温度的下降而升高,其脆性随着温度的下降而增加,在低温环境下面内冲击压缩破坏模式为基体碎裂和增强结构压缩变形.     

微波烧结金属纯铜压坯

分别采用常规电阻加热与微波加热对金属铜压坯进行烧结并比较样品烧结密度、表观硬度以及显微组织分布:微波烧结在功率为1 kW、频率为2.45 GHz微波炉中进行.结果表明:微波烧结样品平均相对密度达97.3%,略高于相同烧结温度下常规烧结样品的平均相对密度;微波烧结可在较短时间内对粉末冶金金属铜样品实现烧结致密化.另外,微波烧结样品表观硬度比常规烧结样品的高.微波烧结样品具有独特孔隙分布规律,样品横截面中心处孔隙率比横截面边缘处的小;并且微波烧结样品孔隙与显微组织较常规烧结样品细小.     

楔形体入水冲击中的壁面效应分析

为了分析楔形体入水冲击中壁面的影响,采用有限体积法和重叠网格技术建立了楔形体在有限流域入水冲击下的数值模型.通过不同网格密度和时间步长下冲击载荷的比较,论证了数值模型的收敛性.通过与文献结果的对比,验证了数值模型的正确性.利用已验证的数值模型,分析了流域宽度和深度对冲击载荷的影响.将有限流域和无限流域入水冲击载荷的无因次比值定义为壁面效应,进而分析了冲击速度和底升角对壁面效应的影响.结果表明:深度和宽度方向的壁面效应会增大楔形体的入水冲击载荷,冲击速度对壁面效应影响较小,底升角越小的楔形体,深度方向的壁面效应越明显.     

稠密氩等离子体Hugoniot物态方程的研究

采用平面冲击压缩方法产生密度和温度都均匀的氩等离子体,根据辐射高温计记录和飞片速度的测定,通过阻抗匹配方法确定氩等离子体的Hugoniot物态方程,等离子体的温度为1．4－2．2eV,密度为0．0083－0．015g/cm^3。应用Saha模型加Debye-Huckel修正,计算了等离子体的Hugoniot物态方程。测量值和理论计算结果符合较好,说明Saha模型加Debye-Huckel修正能较好地描述该热力学条件下氩等离子体的热力学行为。     

金属橡胶压缩性能影响因素及细观模型研究

分析了几种主要制备参数及温度对金属橡胶静态压缩特性的影响,利用悬臂曲梁单元建立了金属橡胶的细观力学模型。经过大量试验,结合最小二乘法,对细观模型的参数进行拟合求解,得到了包含制备参数及温度的模型表达式。通过将模型验证结果与实验曲线对比后发现,理论模型有较高的精度,可以比较全面地反映金属橡胶的刚度特性,为金属橡胶的实际应用提供了理论参考。     

卸载熔化状态铁/蓝宝石界面温度测量及其相变动力学研究

本文主要是研究金属铁经历冲击-卸载到熔化压力区,其内部发生熔化相变时,铁/蓝宝石界面的辐亮度和温度随时间演化特性,发现辐亮度随时间持续增强而界面却经历了一个慢降温过程,该特征与无相变或瞬时相变的热传导模型结论不一致,即无熔化相变或瞬时相变时,界面温度是一个稳定值.本文结合熔化相变动力学模型与热传导方程对实验现象给出一种理论解释.模型计算所给出的温度历史与观测结果一致,由此可以校对其它测量或者计算熔化温度的方法和模型计算的结果,并能够初步限定出该压力下铁的熔化成核速率和径向长大速率.     

Experimental exploration to thermal infrared imaging for detecting the transient process of solid impact

Based on the analysis and the comparison of stress pattern analysis by thermal emission (SPATE) and remote sensing rock mechanics (RSRM), the idea to detect the transient process of solid impact with thermal infrared (TIR) imaging technology is introduced. By means of TVS-8100MKII TIR imaging system, which has high recording speed, high space distinguishability and high temperature sensibility, TIR imaging experiments on free falling steel ball impacting on marble, granite, concrete, steel, organic-glass and wood plate are conducted. It was discovered that: (ⅰ) the target’s TIR temperature increases remarkably after impact; (ⅱ) when ball’s size is not changed, the variation amplitude of target’s TIR temperature proportionally increases with the ball’s potential energy or falling height; (ⅲ) the variation amplitude of target’s TIR temperature is involved with the material type and the surface glabrous condition of the target, and the amplitudes are in order as concrete, unpolished marble, steel plate, wood plate, polished granite, polished marble and organic-glass plate; and (ⅳ) the TIR radiation of fragile targets decreases gradually after impact, while there is delayed TIR radiation strengthening for plastic target. It is deduced that once the relational functions and technical parameters, which are involved with certain impact body and target material, are set up through experimental study, the remote detection and back analysis based on TIR imaging for the transient process of solid impact will be no problem. Besides, there is also important scientific meaning for the omen mechanics study and satellite TIR detection and prediction for structural earthquake.     

Reinforcing effect of laminate structure on the fracture toughness of Al_3Ti intermetallic

Metal/intermetallic laminate composites can improve the mechanical properties of intermetallic materials using metal layers. In recent years, titanium aluminide intermetallics have received increasing attention due to their excellent performance properties, such as high melting point, high specific strength and stiffness, and good corrosion resistance. However, the low fracture toughness of Al_3Ti alloys at room temperature has greatly limited their application, and fiber or particle reinforcement has not shown a significant toughening effect. Research into the reinforcing effects of the interface and near-interface zone on the fracture behavior of Al_3Ti is lacking. Ti/Al_3Ti metal/intermetallic laminate composite was synthesized from titanium and aluminum foils using vacuum hot-pressed sintering technology. The microstructure of the prepared material was analyzed by scanning electron microscope and electron backscattered diffraction. Results illustrate that both Ti and Al_3Ti were single-phase and there was a noticeable stress concentration on the interface. To obtain indentation and cracks, loads were applied to different locations of the composite by a microhardness tester. The growth path of the cracks was then observed under microscope, showing that crack propagation was prevented by the interface between the Ti and Al_3Ti layers, and the cracks that propagated parallel to the laminate shifted to the interface. Fracture toughness of the different areas, including Al_3Ti layers, interface, and near-interface zone, were measured by the indentation fracture method. The fracture toughness at and near the interface was 1.7 and 2 times that of the Al_3Ti layers, respectively. Results indicate that crack blunting and crack front convolution by the laminate structure was primarily responsible for increased toughness.     

关于Ni-Fe二元系合金钎焊金刚石的研究

作者对以Ni-Fe二元系合金作钎料,研究在一定的钎焊温度下,使用热压机对金刚石进行钎焊.其断面用扫描电镜(SEM),X射线能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)进行分析,其结果表明,在金刚石与钎料的结合界面处有Fe5C2生成,并且在钎料中存在多种不同的相.采用上述钎焊工艺得到的拉伸试验样品,其抗剪强度最大值达到54MPa.     

高低温下复合绝缘子抗拉性能试验

复合绝缘子是由芯体和装配有金属附件的外套构成。芯体多采用环氧树脂浸渍的玻璃纤维增强塑料制成,是一种强度高、非脆性复合材料。但在芯棒与伞套之间的粘结层是薄弱环节,在大温差地区容易受力学破坏。文中采用Instron1186电子万能试验机,通过位移控制进行材料力学性能试验,研究复合绝缘子分别在高低温作用下的抗拉性能。试验表明,复合绝缘子机械破坏负荷取决于金具与芯棒连接强度,其破坏的主要特征为端部金具的滑移。因为端部金具的热膨胀系数与玻璃纤维增强环氧树脂芯棒有较大差异,无论是在高温还是低温,复合绝缘子的力学性能均较常温状态产生下滑,尤其是高温下,金具与芯棒的黏结-滑移性能会降低50%甚至更多。     

铜钢熔敷焊工艺方法分析研究

提出熔敷焊接工艺方法 ,采用等离子弧、TIG电弧、高频感应、气保护连续炉、真空炉和模中熔铸工艺实现了熔敷焊接工艺方法。该方法具有效率高 ,基体金属不发生熔化、界面结合质量好、熔敷层厚度范围宽等特点。分析了实验熔敷焊接的几种具体的工艺方法 ,给出装置原理图、结合界面金相照片和剪切试验结果     

基于COMSOL的沥青混凝土路面车辙预估

模拟了基质沥青路面和高模量沥青路面在高温温度场下的蠕变,借助有限元软件(COMSOL)引入温度场和受温度诱导的蠕变模型,对基质沥青混凝土路面和HMAC(高模量沥青混凝土)路面进行热辐射和固体力学耦合作用,分析对比其在车辆荷载作用下的永久变形,研究外界环境温度、太阳辐射和车轮荷载等因素对路面车辙变形发展的影响,能够对路面车辙深度进行精确地预估,研究分析车辙产生的蠕变变形,针对路面车辙提出合理的防治措施,减小路面永久变形,为路面的材料选择和结构优化提供参考价值,延长沥青路面使用寿命.     

夏热冬冷地区太阳辐射对墙体内 热湿耦合迁移的影响

本文首先根据多孔介质热质传递机理,建立以温度和相对湿度作为驱动势的多层墙体热湿耦合传递模型并对其进行验证。基于验证后的模型研究夏热冬冷地区太阳辐射对墙体内热湿分布的影响。以上海为例,分析了该地区夏季和冬季墙体内热湿传递分布情况。结果表明:考虑太阳辐射时,墙体各处的平均温度均比不考虑时更高,相对湿度均比不考虑时更低。不同朝向墙体由于所受太阳辐射强度不同,温度和相对湿度分布也有差异。在夏季,墙体各界面平均温度差和最大温度差从大到小分别为西>东>南>北,平均相对湿度差和最大相对湿度差则相反;冬季,墙体各界面平均温度差和最大温度差从大到小分别为南>东>西>北,平均相对湿度差和最大相对湿度差同样相反。     

铜单晶铸过程中固液界面位置和形状的数值分析

为了准确地控制工艺参数,获得表面光洁、高质量的连铸铜单晶,采用数值分析方法研究铜单晶连铸时固液界面的位置和形状.发现铸型温度(TM)、连铸速度(v)、冷却位置(L)和熔体温度(TL)影响固液界面的位置和形状,并且铜单晶连铸时固液界面向熔体呈凸出形状.当固液界面位于铸型内距出口端2～3mm时,可获得表面光洁、晶体取向度小于10°的连铸铜单晶.为了获得高质量的单晶,固-液界面面必须平滑,甚至是平界面.计算结果与实验结果吻合很好,可用数值分析方法确定连铸铜单晶的工艺参数,为铜单晶连铸提供理论依据.     

强对流间歇式炉热工特征的研究

针对使用高速燃烧器的间歇式热处理炉,进行了在高速气流循环下的炉内热交换机构与特征的试验研究,得到了传给堆料金属总热流、对流热流以及辐射热流随加热进程的变化规律。根据实验与计算结果,还揭示了金属辐射反向热流是强对流间歇式炉内不可避免的新型传热特征。