复合枪管传热的数值分析

枪管烧蚀引起枪管尺寸逐渐改变。烧蚀是热、化学和机械因素共同作用的结果,其中热起主要作用,计算枪管射击时的温度分布有助于了解枪管烧蚀过程。该文选择了３ 种枪管结构形式,建立了用有限差分法求解射击时温度分布的数学模型,确定了有关参数,计算了相同射击条件时３ 种结构枪管射击后的温度分布,分析了材料性能对温度的影响。计算结果对进一步研究枪管结构具有参考价值。     

不同表面处理条件下身管烧蚀研究

通过模拟发射试验对表面镀铬、氮碳共渗两种表面处理条件下的身管进行了烧蚀模拟测试,研究在模拟工况下身管烧蚀情况.镀铬身管由于镀铬层固有的脆性,且受到高温高压火药气体的冲击作用,铬层内易产生显微裂纹,裂纹扩展至铬层与基体界面处,并沿着镀层与基体界面扩展,从而导致镀层剥落.氮碳共渗身管在烧蚀过程中,表面产生大量较深且较宽的裂纹,裂纹直接贯穿到基体使基体严重地被火药燃烧气体腐蚀,从而导致身管失效.在上述研究基础上,提出了两种不同处理方式下身管的失效模式.     

基于纳米材料改性发射药的身管延寿技术研究

提出了一种通过在发射药中添加纳米复合材料来延长武器身管使用寿命的方法.该方法是将一种纳米复合材料添加到发射药中,通过改善发射药的性能,使发射药的抗烧蚀性和燃烧完全性提高,降低枪管温升,从而达到提高身管使用寿命的目的.以某型号小口径自动武器为对象,进行了身管常温寿命实验.结果表明,该技术可有效延长身管的使用寿命.通过对寿后枪管检测分析表明,在发射药中添加纳米复合材料显著降低了身管的烧蚀.     

材料统计特性对裂纹扩展规律的影响

从材质的不均匀分布是疲劳裂纹扩展速率变动的主要内在这一观点出发，将材料特性沿着裂纹扩展路径的变化处理为一个随机过程，讨论了几组相关长度对材料特性的自相关函数与其计算区间大小之间关系的影响，通过实验验证，给出了材料对裂纹扩展的阻力系数Ｚ（Ｘ）的自相关函数及其概率分布函数，并对裂纹扩展速率表达式中有关参数进行了分析，探讨了利用较大尺寸的裂纹扩展实验数据来推导短裂纹扩展规律的可能性。     

铁素体-珠光体钢中的疲劳裂纹扩展行为

在扫描电镜下对两种铁素体－珠光体钢中的低周疲劳裂纹扩展进行了动态原位观察，发现疲劳裂纹只在铁素体中扩展，而珠光体晶团阻碍其扩展．提出疲劳裂纹扩展的形态及方式与材料的疲劳裂纹扩展阻力之间存在着一定的关系．     

铜合金表面疲劳裂纹的扩展行为

提出用带表面裂纹的试样来显示滚压试样表面强化层的疲劳裂纹扩展,并对黄铜及纯铜表面裂纹扩展行为进行了研究.结果表明:无残余应力作用时变形组织也可提高疲劳裂纹扩展抗力;相同应力强度因子幅度ΔK下,黄铜的裂纹扩展速率低于纯铜,即黄铜强化效果优于纯铜.断口分析表明其疲劳裂纹扩展是一种再生核扩展机制.     

用表面裂纹法研究表面强化层的疲劳裂纹扩展抗力

本文采用表面裂纹法研究了碳氮共渗、氮化及滚压强化层的疲劳裂纹扩展抗力。与常规的紧凑拉伸试验法相比，前者能灵敏地反映出表面强化层组织及性能的影响，后者却难于实现。试验证实碳氮共渗层中由于残留奥氏体应变诱发马氏体，导致疲劳裂纹扩展抗力提高；滚压强化及渗氮均能提高表面压应力，也使疲劳裂纹扩展抗力明显提高。     

表面裂纹扩展速率试验数据处理及寿命估算方法与程序

本文介绍了用递增多项式法和Chebyshev多项式法处理表面裂纹疲劳扩展速率试验数据和裂纹扩展寿命估算的两种计算方法与计算机程序(ALGOL程序和BD—200程序)。实践表明:本文推荐的两套计算程序是处理分析表面裂纹疲劳扩展速率试验数据和估算裂纹扩展寿命的简便而有效的好方法。     

缺口试件在压缩循环载荷下的疲劳行为研究

主要研究锐缺口在压－压缩载荷下的裂纹扩展规律。为了探讨索缺口试件在压循环载荷下裂纹扩展规律，首先进行了试验研究。试验结果表明在等幅压循环载荷下裂纹可以扩展，但其扩展速率是逐步降低的，并最终发生休眠。     

应力波对裂纹扩展影响的动光弹研究

本文用动光弹方法和断裂力学理论研究了爆炸应力波与爆炸载荷驱动的高速扩展直裂纹的相互作用,观察了应力波对裂纹扩展方向和速度的影响。研究表明:当β(裂纹扩展方向与入射波阵面法线之间的夹角)=0°时,P波不改变裂纹扩展方向,但使其扩展速度发生变化,S波使裂纹方向改变;当0°<β<90°时,P波、S都使裂纹扩展方向改变,P波使其扩展速度降低,S波使其扩展速度提高。本文研究结果对于深刻理解工程爆破中相邻炮孔之间后爆炮孔产生的应力波与先爆炮孔产生的裂纹的相互作用机理具有一定的参考价值。     

飞秒激光在蓝宝石晶体表面加工微细结构的实验研究

由于蓝宝石晶体具有很高的硬度和耐磨蚀性,很难进行机械和化学腐蚀加工。笔者利用波长780 nm、频率1 kHz和脉冲宽度164 fs的飞秒脉冲激光在蓝宝石晶体表面进行了微细结构加工的实验研究。采用飞秒激光静态照射蓝宝石晶体表面,通过飞秒激光烧蚀孔的直径和脉冲能量的关系,计算了飞秒激光烧蚀蓝宝石晶体的两种烧蚀状态下的烧蚀阈值和有效烧蚀半径。通过直线扫描实验,在不同实验条件下在蓝宝石晶体表面加工微槽,获得微槽的宽度和深度与飞秒激光主要参数之间的关系。研究结果表明,微槽的加工表面可通过增加扫描次数而得到明显的提高,且扫描次数的增加对微槽的宽度和深度基本无影响。利用聚焦的飞秒激光束沿着轨迹扫描,在蓝宝石晶体表面加工出比较清洁的微小结构,可以为实现微结构的精密加工提供指导。     

脉冲CO2激光高精度烧蚀熔石英玻璃

激光抛光是一种能获得超光滑表面新颖的光学元件加工方法,但抛光后表面存在残余波纹和面形畸变.激光高精度烧蚀可用于对元件表面残余波纹和面形进行修正,是一种极具潜力的修形技术.本文开展了激光高精度烧蚀熔石英玻璃的实验,验证了脉冲CO2激光通过控制重叠率可以实现高精度的局部区域均匀烧蚀,并可通过控制激光功率密度获得不同纳米量级的烧蚀深度.但实验发现激光局部区域烧蚀过程存在热累积和过烧蚀的现象.为此建立三维数值模型模拟脉冲CO2激光扫描熔石英表面的过程,对不同重叠率及不同脉冲重复频率作用下熔石英表面温度分布及演变进行分析.数值计算结果表明,重叠率过高将导致熔石英过烧蚀;在合适的重叠率下,高脉冲重复频率会导致明显的热累积.     

纳秒强激光烧蚀铝靶的数值模拟研究

为研究强激光对金属表面的破坏效应,文中利用热传导理论和相变的等效温度处理方法,建立了激光烧蚀金属过程的二维计算模型,并利用有限元分析方法对纳秒单脉冲强激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光辐照下铝靶烧蚀形状和温度场分布特征. 结果表明,在激光单脉冲能量一定的情况下,脉宽越长,烧蚀形状愈加细长;大光斑的烧蚀半径要小于光斑尺寸,且光斑增大到一定程度后烧蚀半径因功率密度下降而减小.     

强激光烧蚀铝靶实验及数值模拟

为研究强激光对金属铝靶的毁伤效应及作用规律,进行了不同能量强脉冲激光烧蚀铝靶实验。采用纹影高速照相技术,观察了激光作用铝靶过程中形成的溅射产物和冲击波流场,获得了不同激光能量作用下铝靶的烧蚀特征。建立了强激光烧蚀铝靶的2维计算模型,对脉冲激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光脉冲能量对铝靶烧蚀深度的影响规律。对连续强激光大光斑烧蚀铝靶过程进行了数值模拟计算,对比分析了有重力和无重力作用下烧蚀深度以及烧蚀形貌特征。结果表明,在重力作用下烧蚀深度小于无重力作用下的情况,而烧蚀面积大于无重力作用下的烧蚀面积。      

激光局部强化40Cr钢的疲劳断裂特征

提出一种激光局部强化方法提高缺口疲劳裂纹萌生抗力。运用单道技术使无搭接的硬化层这个因素独立出来，运用双道技术模拟搭接搭接情况和模拟搭接情况下激光强化对疲劳裂的影响疲劳失效断口的宏观和微观形貌特征。     

飞秒激光辐照CuZr非晶合金损伤动力学研究

采用考虑了电子压强梯度的双温分子动力学方法,研究了纳米CuZr非晶合金薄膜在脉宽为100 fs,能量密度为0.08～0.16 J/cm~2的飞秒激光辐照下的烧蚀动力学过程.结果表明,低能量密度下,电子压强梯度对靶材的结构损伤过程影响很小.高能量密度下,电子压强梯度对靶材内部的电子温度和晶格温度演化场产生了显著的影响,CuZr非晶合金薄膜的结构存在皮秒量级的由电子压强梯度诱导的非热烧蚀过程,并且随着能流密度的增大,这一超快的非热烧蚀过程在时间尺度上会得到提前.     

激光入射角对振镜扫描激光刻蚀质量的影响

以加工焦深限制范围内的倾斜平面模型来模拟工件表面的微观不平坦状况,对激光束以一定倾角入射工件表面的光斑畸变及其对刻蚀质量的影响开展了理论和实验方面的初步探索．结果表明,随着激光束入射方向与工件表面法向的夹角（简称入射角）的增大,光斑畸变量也越来越大,振镜沿水平路径扫描的刻蚀线宽始终比竖直路径的大,刻蚀线长始终比竖直路径的小;相对于水平刻蚀路径,竖直刻蚀路径刻槽的任意位置经历的激光辐照时间更长,物质蒸发、重熔更充分,刻槽更深,金属重铸层更厚,刻槽的侧壁和底部形貌更为平整光滑．     

紫外脉冲激光对聚氯乙烯（PVC）塑料刻蚀产物的研究

利用四极质谱和离子能量分析器，测定了紫外激光刻蚀ＰＶＣ塑料产生的分子、原子和离子产物的质量分布和各种离子的平动能分布，研究了激光通量对刻蚀的影响，发现离子的产生需要比中性产物有更高的激光阈值，讨论了紫外激光对ＰＶＣ塑料的刻蚀剥离机理。     

Evaluation of ablation differences in air and water for hard tissues using full-field optical coherence microscopy

To clarify the role of a natural or artificial liquid environment in the free-running infrared pulsed laser ablation of hard biological tissues,two-and three-dimensional morphologies of laser-induced craters must be quantitatively measured to distinguish ablation differences in air and in water.Full-field optical coherence microscopy is introduced,which has non-contact,non-destructive,non-preprocessing and higher-resolution advantages.Experimental results indicate that the ablation performances in air and in water are comparable for few laser pulses,but the ablation difference becomes obvious for more laser pulses.Optical coherence microscopy is more feasible than conventional means for the morphological measurement of craters.     

复合纤维对混凝土抗裂性能的影响

由于复合纤维具有良好的力学性能,通过掺入一定比例的多壁碳纳米管/聚丙烯腈复合纤维制备具有抗裂性能的混凝土,使用WA-1000B型液压式万能试验机和PTS-E0系统分别对试件的力学性能和抗裂性能进行测试,并结合混凝土综合抗裂模型,对掺加量为1.2~2.1 kg/m3的4组混凝土的力学性能和抗裂性能进行研究.实验结果表明:复合纤维的掺入可以提高水泥混凝土强度40%左右,同时减少了表面裂缝的出现,混凝土的力学性能和抗裂性能随着复合纤维掺加量的增加呈现增强趋势,但复合纤维的工程用量需要综合考虑.