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.     

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.     

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.     

硼对第二代镍基单晶高温合金显微组织的影响

硼(B)是强化镍基单晶合金小角度晶界的重要微量元素,但目前关于B对镍基单晶合金显微组织影响的系统报道非常有限。通过对3种不同B含量(质量分数分别为0、0.01%、0.02%)的第二代镍基单晶合金DD11铸态及热处理态组织定量表征,研究了B对相转变温度、(γ+γ′)共晶组织、硼化物的影响。结果表明:B显著降低合金的固液相线,提高铸态共晶组织体积分数;0.01%B的加入,合金中未出现M3B2型硼化物相;而0.02%B的加入,显著促进了骨架状硼化物的形成,降低合金初熔点,引起残余共晶含量的大幅度提高;骨架状硼化物吸收较多的Cr、Mo和W等元素,降低合金的固溶强化效果,可导致单晶合金基体的蠕变性能大幅度降低。研究结果对认识单晶合金中微量元素B的作用机理及优化B成分范围具有理论指导意义。     

降低酒钢不锈钢生产成本的初步探索

当前国内钢铁行业整体下行,酒钢不锈钢处于发展困境。本文从酒钢不锈钢现有的生产工艺、原材料供给渠道和生产成本着手,分析了有效降低生产成本的途径,包括用战略眼光看待含镍原料,重视废钢回收利用,开发节镍钢种等。     

强迫层流环境下多晶粒生长的相场法模拟

将模拟流场所用的Lattice Boltzmann方法(简称LBM)和模拟枝晶生长的相场模型进行耦合,模拟Al-Cu合金等温凝固过程中多晶粒在纯扩散和存在对流情况下枝晶的生长状况.模拟结果显示:在枝晶的生长初期,无论是纯扩散还是存在对流,各晶粒间间距较大,无相互影响,独立生长;纯扩散条件下枝晶呈现明显的对称性,强迫层流作用下,由于对流的存在,上游侧枝晶比下游侧枝晶发达;随着枝晶慢慢长大,各晶粒相互影响,产生竞争生长,导致枝晶生长产生不对称性;流速的大小会影响枝晶的生长形貌,流速越大,枝晶生长越快,非对称性越严重,下游越易产生涡流.     

浅析金属屋面施工技术

金属屋面系统适用于大跨公共建筑。对工程实例铝镁锰合金板直立锁边屋面系统进行了详细介绍,阐述了屋面系统的构造、建筑技术要求的适应性、施工技术及质量控制等重点内容,为同类工程的设计提供了参考和借鉴。     

小样本数据的Cu基非晶合金热力学性能软测量

针对Cu基非晶合金材料受时间、条件及制备成本的限制,导致获得的热力学性能数据较少,影响新材料的研发问题.提出一种在小样本数据情况下,仍然具有较好泛化能力的Cu基非晶合金热力学性能软测量方法,为新材料配方的优化提供模型参考.通过注入噪声,提出一种小样本数据的扩充方法,增加样本的多样性.考虑样本分布函数的未知,在准则函数中引入信息论的微分熵,建立最大熵准则的神经网络反向传播理论,获得具有较高泛化能力的数学模型.仿真分析表明:该方法可对三元Cu基非晶合金的小样本数据,建立其热稳定性及玻璃形成能力与材料配方之间的非线性关系,模型精度较高.