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.     

降温过程对Au24Cu19合金团簇结构变化影响

采用基于嵌入原子法的正则系综NVT分子动力学方法在原子尺度上计算了包含24个金原子和19个铜原子的Au24Cu19双金属团簇在急冷和连续降温过程中的结构演化.根据原子平均势能、主要原子键对数目以及原子堆积结构随温度的变化表明，随着温度的降低，团簇表现为铜原子在内，金原子和少量铜原子包覆在外的构型.在温度被降低到较高温度区间时，急冷降温过程中，键对数目呈高-低振荡变化；连续冷却过程中，键对数目则呈低-高振荡变化.在温度较低的区间，直至400K，这两个冷却条件下的键对数目表现为同步变化.     

Reactions of xenon with iron and nickel are predicted in the Earth＇s inner core

With the support by the National Natural Science Foundation of China （Grant Nos. 11274136, 11025418 and 91022029） and the Ministry of Science and Technology （the National Basic Research Program of China, Grant No. 2011CB808200）, the research group led by Prof. Ma Yanming and Prof. Zou Guangtian at the State Key Laboratory of Superhard Materials, Jilin University, reported that the chemical reaction of Xe and Fe/Ni takes place under conditions found in the Earth＇s inner core, leading to the formation of inter-metallic compounds of XeFe3 and XeNi3. The result was published in Nature Chemistry （ 2014, 6（7）： 644-648）.     

基于线性规划的炼钢配料优化方案的设计

针对转炉炼钢过程中的钢水"脱氧合金化"配料优化的问题,使用了多元线性回归分析、线性规划的方法,构建了合金收得率预测模型以及配料成本优化模型,使用MATLAB和LINGO软件进行求解,合理预测了C、Mn两种元素的合金收得率,并在此基础上设计出了最优的合金配料方案.     

河南外方山矿集区成矿规律及矿床成因研究

外方山矿集区钼、铅锌矿床和岩体空间位置密切,成岩成矿年龄一致。矿集区岩体由早到晚是在地壳伸张环境下,岩浆源由浅向深部,由壳源向幔源转变,后期岩浆发生高度分异,Cu、Pb、Zn、Fe、S从岩浆中发生选择性逃逸,在线性构造空间内形成脉状铅锌矿床,高度分异富含Mo元素岩浆在岩浆顶部穹隆空间聚集,形成厚大钼矿体。     

钼对雌性小鼠骨骼形态结构的影响

为了研究钼对雌性小鼠骨骼形态结构的影响,选择了40只健康雌性昆明系小鼠随机分为4组,每组10只。通过在饮水中添加不同剂量的钼,建立雌性小鼠钼暴露模型:对照组、钼100组、钼200组和钼400组。在试验处理第120天时采集小鼠股骨,测量股骨长度和中点直径后制作石蜡切片,苏木素-伊红染色,用显微镜观察其形态结构的变化。试验结果显示:低剂量的钼可促进小鼠体质量的增长和骨骼的生长发育。但高剂量的钼则使股骨长度和直径显著减少(P<0.01),骨小梁数目减少、宽度变窄,骨皮质厚度增加等,并使小鼠骨骼细胞数目显著降低(P<0.01),骨骺线中分裂期细胞百分比显著下降(P<0.01)。高钼对雌性小鼠骨骼形态结构具有一定的毒性作用。     

二棚甸子-宽甸万宝一带铜钼矿成矿地质特征

为研究二棚甸子-宽甸万宝一带铜钼矿成矿的地质特征,对这一成矿带铜钼矿所处的区域地质背景,矿区、矿体地质特征等进行论述,分析总结矿体的成矿条件,探究岩浆活动、构造运动及围岩蚀变与铜钼矿体成因之间的关系.结果表明:铜矿体多产于岩体内部或接触带附近,钼矿体主要赋存在花岗闪长岩岩体内,刘家沟、昌邑沟钼矿体赋存于花岗斑岩或石英斑岩围岩,滚立岔则是一条燕山期侵入的花岗闪长岩与古生界地层所形成的含铜多金属矽卡岩带;断裂构造多具控岩控矿作用,为成矿提供元素的运移通道,断裂交汇处是储矿的有利部位;围岩总体上具有硅化、钾化、伊利石—水云母化、黄铁绢英岩化等.     

钒氮合金产品研发及产业化技术研究

本项目围绕钒氮合金制备过程中的原料、催化剂、反应过程、反应条件及反应设备进行研究。以制备特定形貌的低价钒氧化物为原料，用含氮的中性或还原性气体作为制备炉内的反应和保护气体，并使炉内始终保持微正压，物料采用连续式进出制备炉，在炉内将物料加热到1000℃～1800℃，碳化及氮化反应同步进行，反应2～6h后，将物料冷却至一定温度自动出炉，从而得到氮化钒产品。通过对技术条件及参数设计，设计出既满足上述工艺要求，又能实现产业化规模的钒氮合金反应炉窑。对该项目进行产业化应用，该技术具有设备投入低、工艺流程简单、运行周期短、能耗低、生产效率高等特点，其经济、社会效益巨大。     

重熔过共晶Fe-C-B合金初生Fe2B的凝固遗传及消除

通过重熔和施加脉冲电流,研究了过共晶Fe-C-B合金凝固组织中初生Fe2B的遗传性和消除方法.当不施加电脉冲时,重熔难以有效消除过共晶Fe-C-B合金初生Fe2B的凝固遗传性.重熔温度较低时施加电脉冲影响凝固组织中初生Fe2B的空间分布但不改变其长杆状形态.提高重熔温度并施加电脉冲能消除凝固组织遗传的影响,使Fe2B由长杆状转变为颗粒状,并明显减少Fe2B的析出.     

钼微合金化低碳钢的显微组织与力学性能

借助物理模拟系统采用四种不同的多道次变形及控制冷却工艺,研究了成分为0.12C-0.78Si-1.42Mn-0.74Al-0.32Mo钢的显微组织和力学性能.结果显示:使用物理模拟系统进行高温区的多道次热连轧,并结合控制冷却处理,能够得到不同的复相组织(铁素体/贝氏体组织,贝氏体/马氏体组织).依贝氏体含量和形态的不同,铁素体/贝氏体复相组织钢的屈服强度为388~558MPa,抗拉强度为681~838 MPa,总延伸率为15%~27%;贝氏体/马氏体复相组织钢的屈服强度为746 MPa,抗拉强度为960 MPa,总延伸率为19%.