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3D打印手性液晶智能材料研究进展
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作者 毕然 刘源 +4 位作者 张璇 杨言昭 曹致隆 封伟 王玲 《液晶与显示》 北大核心 2025年第1期55-74,共20页
手性液晶材料是一种独特的光子材料,一般可以分为一维胆甾相液晶和三维蓝相液晶。得益于内部周期性排列的纳米结构,手性液晶不仅具有一般液晶所没有的光学性质,如选择性反射、旋光性和圆二色性等,还可以快速灵敏地协同响应外界环境条件... 手性液晶材料是一种独特的光子材料,一般可以分为一维胆甾相液晶和三维蓝相液晶。得益于内部周期性排列的纳米结构,手性液晶不仅具有一般液晶所没有的光学性质,如选择性反射、旋光性和圆二色性等,还可以快速灵敏地协同响应外界环境条件,这在先进显示、动态防伪、信息加密、智能织物等领域有广泛的应用。近年来,随着3D打印技术的蓬勃发展,研究人员开发了多种可打印的手性液晶墨水,制备了具有复杂几何结构、多功能、多刺激响应性的手性液晶材料,并深入研究了3D打印手性液晶的潜在应用价值。本文首先系统综述了基于3D打印技术的手性液晶的自组装机制,例如剪切诱导取向自组装、各向异性挥发自组装、临界胶体浓度自组装等,并重点介绍了基于3D打印技术的各种刺激响应性的手性液晶材料和具有荧光发光的手性液晶功能材料。最后总结了3D打印手性液晶材料的未来发展方向以及潜在的挑战。 展开更多
关键词 手性液晶 3D打印 结构色 圆偏振发光 刺激响应
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水处理和空气净化用熔喷非织造材料的制备和应用研究进展
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作者 郝习波 张健涛 +1 位作者 钱雨 刘晓非 《印染》 北大核心 2025年第6期74-80,共7页
熔喷技术是工业上制造微纳米级纤维非织造布的常用方法,其采用高速高温气流将熔融的热塑性聚合物细化。熔喷非织造材料具有纤维直径小、孔隙率高而孔径小,比表面积大,以及纤维材料特有的柔性等特点,展现出卓越的过滤、分离与吸附能力。... 熔喷技术是工业上制造微纳米级纤维非织造布的常用方法,其采用高速高温气流将熔融的热塑性聚合物细化。熔喷非织造材料具有纤维直径小、孔隙率高而孔径小,比表面积大,以及纤维材料特有的柔性等特点,展现出卓越的过滤、分离与吸附能力。介绍了熔喷材料在水处理和空气净化方面的应用。水处理方面的应用包括油水分离、染料以及重金属吸附;空气处理方面的应用包括固体颗粒、油分以及有害气体的去除。 展开更多
关键词 熔喷 非织造材料 环境治理 水净化 空气净化
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热电池用单相硫化物正极材料的可控合成及其电性能研究
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作者 陈祥华 宋仁宏 +2 位作者 王开琼 唐立成 田千秋 《电源技术》 北大核心 2025年第1期202-207,共6页
采用高温固相法合成了单相硫化物正极材料,通过控制单相硫化物在高硫低氧的热力学优势区位促使中间过渡态向产物平衡转化,解决了多种硫化物共存的技术难题,实现了人工可控合成,减弱了电压尖峰的影响。在硫/金属摩尔比为2.5,反应温度为44... 采用高温固相法合成了单相硫化物正极材料,通过控制单相硫化物在高硫低氧的热力学优势区位促使中间过渡态向产物平衡转化,解决了多种硫化物共存的技术难题,实现了人工可控合成,减弱了电压尖峰的影响。在硫/金属摩尔比为2.5,反应温度为440℃,反应时间超过24 h的条件下,合成单相铁/钴/镍二硫化物,对应的热电池单体电压分别为2.05、1.98和2.01 V,输出比容量分别为883、875和958 As/g。部分研究成果进行了工程转化,合成的NiS2性能稍优于商用材料。 展开更多
关键词 热电池 单项硫化物 可控合成 正极材料
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纳米结构组织工程支架材料 被引量:22
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作者 成国祥 蔡志江 《中国医学科学院学报》 CAS CSCD 北大核心 2002年第2期207-210,共4页
组织工程支架材料表面的微观和亚微观结构对细胞的粘附与生长有很重要的影响,表层具有纳米结构的支架材料可以改善细胞对材料的粘附性和生物相容性。本文主要介绍了纳米生物材料对组织工程发展的影响及纳米生物材料的一些制备方法,如自... 组织工程支架材料表面的微观和亚微观结构对细胞的粘附与生长有很重要的影响,表层具有纳米结构的支架材料可以改善细胞对材料的粘附性和生物相容性。本文主要介绍了纳米生物材料对组织工程发展的影响及纳米生物材料的一些制备方法,如自组装技术和模板技术。 展开更多
关键词 纳米结构 组织工程 自组装 模板技术
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5A06铝合金材料高温热物理参数的工程估算方法 被引量:5
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作者 曾志 王立君 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期101-104,共4页
5A06(LF6)铝合金是一种基本的焊接结构材料,但该合金的热物理参数,尤其是在较高温度范围内的材料属性在一般工程条件下很难确定,对工程计算的准确性有很大影响。基于工程试验结果确定了5A06铝合金结构的最佳退火温度,根据该结构在不同... 5A06(LF6)铝合金是一种基本的焊接结构材料,但该合金的热物理参数,尤其是在较高温度范围内的材料属性在一般工程条件下很难确定,对工程计算的准确性有很大影响。基于工程试验结果确定了5A06铝合金结构的最佳退火温度,根据该结构在不同温度退火消应力处理后的变形回弹量,建立有限元模型,应用ANSYS中的灵敏度与概率设计(PDS)系统对该材料的热物理性能进行估算。结果表明,估算所得的热物理参数值基本符合工程实际,所采用的概率分析方法为估算材料的高温热物理参数提供了一种唯象的有效工程手段。 展开更多
关键词 5A06铝合金 灵敏度与概率分析 材料性能 退火
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1,5-萘二酚改性环氧树脂及其氮化硼复合材料的制备与导热性能 被引量:2
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作者 吴连锋 朱洪宇 +2 位作者 申小松 朱艳吉 汪怀远 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期110-117,共8页
环氧树脂是导热复合材料领域必不可少的,但是由于其本征导热系数较低限制了应用,因此提高环氧树脂本征导热系数对于高性能导热复合材料的开发具有重要意义。环氧树脂本征热导率的提高通常可采用引入刚性基团的方式实现,而实际操作中往... 环氧树脂是导热复合材料领域必不可少的,但是由于其本征导热系数较低限制了应用,因此提高环氧树脂本征导热系数对于高性能导热复合材料的开发具有重要意义。环氧树脂本征热导率的提高通常可采用引入刚性基团的方式实现,而实际操作中往往受限于含刚性基团分子与环氧树脂分子之间存在极性差异、相容性不一致等问题,导致环氧树脂及其复合材料结构设计与合成具有复杂性,限制了其实际应用。采用含较强刚性萘环的1,5-萘二酚(Naphthalenediol)改性环氧树脂(EP)制备萘改性环氧树脂(NEP),改善环氧树脂分子链的“有序性”,减少导热过程中声子的散射,提高材料的导热性。研究结果表明,NEP的导热系数为0.32 W/(m·K),是EP导热系数0.19 W/(m·K)的1.68倍。氮化硼(BN)填料的加入使NEP/BN复合材料的热导率提升至1.25 W/(m·K),为EP/BN复合材料热导率1.01 W/(m·K)的1.24倍,EP的6.58倍。NEP及NEP/BN复合材料导热性能的提升,归因于萘环的刚性引起分子链的排列更加有序,以及改性过程中形成氢键的协同作用。向环氧树脂中引入萘环结构,采用简单的试验操作,明显提高了环氧树脂的本征热导率,可以为具有良好导热性能的树脂材料的开发提供思路。 展开更多
关键词 环氧树脂 1 5-萘二酚 导热 改性 热导率
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反应烧结Si_(3)N_(4)陶瓷材料的力学性能及微观组织 被引量:1
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作者 叶超超 王伟 +2 位作者 茹红强 王远鑫 刘家臣 《材料与冶金学报》 CAS 北大核心 2024年第1期48-53,85,共7页
用静态气压与流动氮气气氛进行对比实验,探究了反应烧结Si_(3)N_(4)陶瓷中硅粉质量分数对Si_(3)N_(4)陶瓷材料氮化率及力学性能的影响.研究结果表明,当使用静态2 MPa氮气气压对硅粉进行氮化时,氮化率达到97%,明显高于流动氮气气氛下硅... 用静态气压与流动氮气气氛进行对比实验,探究了反应烧结Si_(3)N_(4)陶瓷中硅粉质量分数对Si_(3)N_(4)陶瓷材料氮化率及力学性能的影响.研究结果表明,当使用静态2 MPa氮气气压对硅粉进行氮化时,氮化率达到97%,明显高于流动氮气气氛下硅粉的氮化率(91%).这说明在使用静态氮气时,较高的气压更有利于氮气的扩散和氮化反应.同时,利用SEM等手段观察静态气压反应烧结Si_(3)N_(4)陶瓷材料,发现当硅粉质量分数大于10%时,Si_(3)N_(4)陶瓷材料表面出现气孔.这是因为随着硅粉质量分数的增加,硅粉在熔融状态下发生团聚现象,这造成了坯体内部再生空隙增加,从而导致Si_(3)N_(4)陶瓷材料的维氏硬度和抗折强度降低. 展开更多
关键词 氮化硅 反应烧结 硅粉
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原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料的制备及其摩擦学性能 被引量:3
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作者 宋占永 王红美 +3 位作者 于鹤龙 尹艳丽 周新远 郭永明 《摩擦学学报(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期280-291,共12页
以Ti、Al、B和凹凸棒石矿物粉体为原料,利用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料,借助扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、显微硬度计和纳米压痕仪等研究了凹凸棒石矿物对原位Ti基... 以Ti、Al、B和凹凸棒石矿物粉体为原料,利用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料,借助扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、显微硬度计和纳米压痕仪等研究了凹凸棒石矿物对原位Ti基复合材料微观组织、物相结构、增强体形态与分布以及微纳力学性能的影响,采用SRV滑动磨损试验机考察了其在油润滑条件下的摩擦学性能,探讨了凹凸棒石改善原位Ti基复合材料力学及摩擦学性能的作用机制.结果表明,SPS工艺制备的原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料组织致密,原位自生TiB增强体分布均匀,凹凸棒石矿物对复合材料基质相具有明显的细晶强化作用.在摩擦过程中复杂的物理和化学作用下,凹凸棒石矿物与复合材料中的Ti、Al以及对偶钢球的Fe等元素发生摩擦化学反应,在摩擦表面形成了由金属氧化物、二氧化硅、石墨和凹凸棒石矿物等构成的减摩自修复层,从而使钛基复合材料表现出优异的摩擦学性能. 展开更多
关键词 原位TiB 凹凸棒石 钛基复合材料 放电等离子烧结 摩擦学性能
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优化填料结构增强聚合物基复合材料的导热性能
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作者 周雪颖 秦盟盟 封伟 《功能高分子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期295-303,共9页
聚合物基复合材料是重要的热管理材料之一,然而聚合物的本征导热系数较低,添加导热填料是提高其导热系数的主要方法。研究填料本征结构对其复合材料导热性能的影响规律,进而提高填料的利用效率是获得高导热复合材料的关键。根据“拓扑优... 聚合物基复合材料是重要的热管理材料之一,然而聚合物的本征导热系数较低,添加导热填料是提高其导热系数的主要方法。研究填料本征结构对其复合材料导热性能的影响规律,进而提高填料的利用效率是获得高导热复合材料的关键。根据“拓扑优化-简化-验证”的研究思路,以复合材料的高导热性能为目标,基于拓扑优化得到具有最佳导热性能的填料结构,并对其结构进行简化,借助有限元模拟、红外热像仪等对复合材料的导热性能进行验证。结果表明,当填料的形状是两端较大、中间较小的哑铃状时,复合材料呈现出最佳的定向导热性能。该研究结果为高效导热填料的结构设计提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 导热填料 拓扑优化 聚合物基复合材料 导热系数 热管理性能
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高介电常数La_(2)O_(3)材料的制备方法及其介电性能研究进展
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作者 魏小茹 陈文杰 +1 位作者 王锋 朱胜利 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期33-37,共5页
在众多高介电常数栅介质材料中氧化镧(La_(2)O_(3))因带隙大、热稳定性良好等特点而具有代替传统SiO_(2)栅介质材料的潜力。介绍了La_(2)O_(3)薄膜的制备方法,综述了目前改善La_(2)O_(3)薄膜介电性能的方法并展望了其未来发展前景。
关键词 高介电常数介质材料 La_(2)O_(3) 电学特性 制备方法
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热输入对高锰钢模拟焊接热影响区显微组织和低温韧性的影响 被引量:1
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作者 邸新杰 曲永涛 +1 位作者 利成宁 巴凌志 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期131-137,共7页
作为一种新型低温用材料,高锰钢具有低成本及优异的低温力学性能等优势,在液化天然气(LNG)储罐等领域具有广阔的应用前景.然而在实际焊接过程中,高锰钢焊接热影响区中距熔合线3 mm处的特定亚区(FL+3亚区)会出现低温韧性恶化的问题.针对... 作为一种新型低温用材料,高锰钢具有低成本及优异的低温力学性能等优势,在液化天然气(LNG)储罐等领域具有广阔的应用前景.然而在实际焊接过程中,高锰钢焊接热影响区中距熔合线3 mm处的特定亚区(FL+3亚区)会出现低温韧性恶化的问题.针对这一问题,采用焊接热模拟技术再现了不同热输入下的FL+3亚区,通过扫描电子显微镜、电子探针X射线显微分析仪和透射电子显微镜观察晶界比例、偏析及析出相.结果表明,模拟FL+3亚区具有较好的低温韧性,其冲击断口形貌均为大量的韧窝.然而随着热输入增加,其冲击吸收功降低,10 kJ/cm、15 kJ/cm、30 kJ/cm和45 kJ/cm不同热输入下的-196℃冲击吸收功分别为177 J、172 J、138 J和112J.FL+3亚区的显微组织为单相奥氏体组织,随着热输入增加,晶粒尺寸无明显变化,而小角度晶界比例升高.热输入增加会加剧FL+3亚区的C、Cu晶界偏析和Mn带状偏析,提高偏析区域的层错能以及临界剪切孪晶应力,使得孪生机制难以激活,进而减弱了形变孪晶的韧化作用,降低低温韧性.当热输入增大到15 kJ/cm时,FL+3亚区开始析出尺寸约为200 nm的颗粒状和块状Cr_(23)C_(6)碳化物,且析出相的尺寸和数量随着热输入增加而进一步增加.碳化物析出易引起应力集中而产生裂纹萌生,降低了FL+3亚区的低温韧性. 展开更多
关键词 高锰钢 热输入 焊接热模拟 晶界比例 偏析 析出相 低温韧性
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基于动网格技术的CMT-WAAM熔池温度场与流场数值模拟
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作者 申俊琦 张帆 +1 位作者 胡绳荪 耿辉 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期147-156,共10页
针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验... 针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验结果验证了所建立数值模型的有效性,熔池和熔滴尺寸参数模拟的误差均在10%之内.在CMT-WAAM开始阶段,基板表面和焊丝在电弧热作用下熔化分别形成熔池和熔滴.在焊丝向熔池送进过程中,熔滴不断长大,并在表面张力作用下长成球形.熔滴金属的热量主要通过热传导的形式向熔池传递,熔池最高温度随着熔滴金属的过渡而升高,熔池最高温度可达2100.0K;随着焊丝的回抽,熔池最高温度降低至1763.6K.随着焊丝向熔池送进,熔滴的最大速度从1.87 m/s逐渐减小到1.07 m/s,而熔池的最大速度仅为0.87 m/s.当熔滴金属前端与熔池发生接触后,液态金属的最大速度可达到4.21 m/s;随着焊丝的机械回抽,液态金属的最大速度在1.69~4.90 m/s范围内波动.当熔滴与熔池接触发生短路时,熔滴金属从熔池表面流向熔池底部和熔池两侧,增强了对熔池底部和熔池两侧的搅拌作用,使得熔池体积增加;当熔滴从焊丝端部脱离后,熔池中液态金属从熔池底部流向熔池表面和熔池两侧,熔池温度和流体速度随之降低,从而减缓了熔池体积的增加.此外,熔池自由表面在摆动电弧作用下呈现波浪式变形. 展开更多
关键词 动网格 电弧增材制造 熔滴过渡 熔池流动 数值模拟
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高温反应堆焊接堵管蠕变-疲劳寿命评估
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作者 徐连勇 石岩松 +2 位作者 赵雷 韩永典 郝康达 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第5期496-509,共14页
本文介绍了在650℃下对采用钨极氩弧(TIG)焊和激光焊的两种堵管接头进行蠕变-疲劳寿命评估的情况,以评价其作为高温反应堆焊接堵管技术的可靠性.首先,采用热弹塑性有限元法计算了两种堵管接头的残余应力.然后,将残余应力结果作为输入条... 本文介绍了在650℃下对采用钨极氩弧(TIG)焊和激光焊的两种堵管接头进行蠕变-疲劳寿命评估的情况,以评价其作为高温反应堆焊接堵管技术的可靠性.首先,采用热弹塑性有限元法计算了两种堵管接头的残余应力.然后,将残余应力结果作为输入条件,计算了堵管接头在正常运行期间的应力松弛行为和不同瞬态下的应变范围.根据时间分数规则(TFR),计算了TIG焊和激光焊堵管接头在服役过程中的蠕变损伤和疲劳损伤.最后,依据ASMENH和RCC-MRx标准提供的蠕变-疲劳损伤包络线预测了堵管接头的蠕变-疲劳寿命.结果表明,激光焊堵管焊缝的冷却速率比TIG焊堵管焊缝高60%,这导致了激光焊堵管焊缝有更加细化的晶粒和更高的残余应力水平.堵管焊缝根部存在明显的应力集中现象,且为残余拉应力,是堵管接头中最容易失效的位置.在堵管接头服役过程中,由于蠕变变形,残余应力会发生松弛.同时,残余应力的存在会对蠕变应变的产生有显著影响,但随服役时间的延长,残余应力的影响会逐渐减弱.相同的服役时间下,激光焊堵管接头的蠕变损伤和疲劳损伤均高于TIG焊堵管接头,蠕变损伤占主导地位.此外,TIG堵管接头的蠕变-疲劳预测寿命比激光焊堵管接头长20%左右.即使采用最保守的ASME-NH交互损伤曲线,两种堵管接头的蠕变-疲劳寿命也超过了40 a,验证了两种焊接堵管技术的可靠性. 展开更多
关键词 焊接堵管 残余应力 蠕变-疲劳寿命 有限元分析
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EH36 钢变幅疲劳载荷下裂纹扩展行为和机理研究
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作者 徐连勇 黄金超 赵雷 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期567-575,共9页
针对海洋平台服役过程中时常遭遇到随机海况和复杂载荷作用的情况,设计对海洋平台用钢EH36钢进行变幅疲劳载荷下疲劳裂纹扩展行为试验,研究了变幅疲劳载荷作用下EH36钢疲劳裂纹扩展行为和机理.采用柔度法测量变幅疲劳载荷作用下的裂纹... 针对海洋平台服役过程中时常遭遇到随机海况和复杂载荷作用的情况,设计对海洋平台用钢EH36钢进行变幅疲劳载荷下疲劳裂纹扩展行为试验,研究了变幅疲劳载荷作用下EH36钢疲劳裂纹扩展行为和机理.采用柔度法测量变幅疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率,并用数字图像相关(DIC)分析了变幅疲劳载荷施加前后裂纹尖端塑性区尺寸变化.采用SEM分析了不同形式变幅载荷作用区域的断口形貌特征,用裂纹尖端塑性区尺寸变化和对应断口形貌特征解释了变幅疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为和内在机理.结果表明:单次拉伸过载能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命;单次压缩过载能短暂加速疲劳裂纹扩展速率,对疲劳寿命影响不大;不同顺序拉伸和压缩过载与单次拉伸过载现象保持一致,均能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命,但拉压过载的先后施加顺序会显著影响疲劳裂纹扩展的迟滞效应.分析结果表明:拉伸过载过程增大裂纹尖端塑性区,并钝化裂纹尖端,从而使疲劳裂纹扩展速率降低;压缩过载过程减小裂纹尖端塑性区,并使裂纹尖端尖锐,从而使疲劳裂纹扩展速率加速;不同顺序拉伸和压缩过载是两种作用效果的结合.试验结果能很好地描述变幅疲劳载荷下的裂纹扩展行为并给出内在机理解释,为海洋平台在复杂载荷环境下服役所造成的疲劳损伤提供理论依据和实用价值. 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展速率 变幅疲劳载荷 数字图像相关 塑性区 断口分析
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超声疲劳系统动力学分析及试验应力修正
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作者 邓彩艳 李琦 +1 位作者 龚宝明 宋宗贤 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期583-590,共8页
超声疲劳试验可快速获得材料在超高周寿命区间的疲劳性能.试验应力计算是超高周疲劳试验的关键内容,其决定了试验数据的准确性,但目前研究人员在计算试验应力时均未考虑超声变幅杆和试样的耦合作用.针对这一问题,本文采用数值模拟方法... 超声疲劳试验可快速获得材料在超高周寿命区间的疲劳性能.试验应力计算是超高周疲劳试验的关键内容,其决定了试验数据的准确性,但目前研究人员在计算试验应力时均未考虑超声变幅杆和试样的耦合作用.针对这一问题,本文采用数值模拟方法对超声变幅杆和试样进行了动力学分析,并对超声变幅杆和试样的端部振幅进行了测量.结果表明:考虑超声变幅杆和试样耦合作用得到的振幅与试验测量结果误差最大仅为5.4%,而传统解析法的误差可达25.5%;进一步对比发现材料阻尼对共振频率的影响较大,而外加静态载荷对超声疲劳系统的动力学行为的影响可以忽略;本文中以EH690钢试验获得的S-N曲线为例进行了应力修正,发现经整体法修正后的疲劳应力要高于解析法确定的应力水平. 展开更多
关键词 超声疲劳系统 有限元分析 放大系数 应力位移系数 S-N曲线
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基于DIC的疲劳裂纹张开载荷影响因素研究
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作者 龚宝明 刘昊 +1 位作者 张文强 邓彩艳 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期576-582,共7页
疲劳裂纹闭合效应对结构疲劳寿命预测精确度有重要影响,如何确定疲劳裂纹扩展时张开载荷的变化规律是疲劳研究的重要课题之一.针对DH36钢,使用数字图像相关(DIC)技术获得裂纹尖端位移场,通过全场位移拟合法得到了不同裂纹长度的三点弯曲... 疲劳裂纹闭合效应对结构疲劳寿命预测精确度有重要影响,如何确定疲劳裂纹扩展时张开载荷的变化规律是疲劳研究的重要课题之一.针对DH36钢,使用数字图像相关(DIC)技术获得裂纹尖端位移场,通过全场位移拟合法得到了不同裂纹长度的三点弯曲(SENB)试样的裂纹尖端有效张开载荷,分析了影响拟合效果的因素,并获得张开载荷随裂纹长度和表面减薄的变化关系.最终通过裂纹扩展速率试验验证了全场位移拟合法所确定张开载荷的准确性.结果表明:DH36钢的疲劳裂纹张开载荷随裂纹长度的增加而增大,表面减薄试样的张开载荷显著低于未减薄试样. 展开更多
关键词 裂纹闭合 疲劳裂纹张开载荷 数字图像相关 疲劳裂纹扩展速率
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铝合金焊接接头在过载下疲劳裂纹扩展行为和机制研究
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作者 徐连勇 赵雷 +2 位作者 黄金超 孙全伟 梁文洲 《机械强度》 北大核心 2025年第9期62-71,共10页
高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件。当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用。因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过... 高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件。当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用。因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过载试验,研究拉伸过载作用下不同强度铝合金焊接接头的疲劳裂纹扩展行为和内在机制。采用柔度法测量拉伸过载作用下的裂纹扩展速率;用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术分析了拉伸过载施加前后裂纹尖端塑性区的尺寸变化规律;采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)观测了不同铝合金拉伸过载作用区域的断口形貌特征,用裂纹尖端塑性区尺寸变化和对应断口形貌特征解释了拉伸过载作用下的裂纹扩展行为和内在机制。结果表明,单次拉伸过载能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命。分析结果表明,拉伸过载过程增大裂纹尖端塑性区,并钝化裂纹尖端,从而使疲劳裂纹扩展速率降低。材料强度越低,相同拉伸过载作用下,裂纹尖端变形越严重,迟滞效应越明显。焊接接头在拉伸过载作用下与母材试验结果保持一致,迟滞效应的强弱只取决于材料本身强度。 展开更多
关键词 拉伸过载 机械强度 疲劳裂纹扩展速率 裂纹尖端 焊接接头
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金属封装管壳随机振动失效分析及抗振优化
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作者 龚宝明 张杰 李海龙 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期167-174,共8页
混合集成电路(HIC)在服役过程中,壳体长边焊缝内侧区域容易出现裂纹导致失效.本文针对这一问题对失效现象进行振动研究,通过仿真软件ABAQUS对大尺寸混合集成电路封装管壳进行模态和随机振动实验与仿真,确定器件的薄弱位置,通过有限元仿... 混合集成电路(HIC)在服役过程中,壳体长边焊缝内侧区域容易出现裂纹导致失效.本文针对这一问题对失效现象进行振动研究,通过仿真软件ABAQUS对大尺寸混合集成电路封装管壳进行模态和随机振动实验与仿真,确定器件的薄弱位置,通过有限元仿真和实验结合的方法确定随机激励作用下盖板的危险位置和危险共振频率.针对薄弱位置设计不同载荷下的正弦振动实验,通过振动实验和仿真相结合的方式拟合得到材料的S-N曲线.分析危险位置的失效原因为由于随机振动的应力集中现象导致的振动疲劳失效,并针对失效原因设计减振方案对原模块进行结构优化设计,对危险位置进行减振加固,提升器件的抗振性能. 展开更多
关键词 混合集成电路 随机振动 结构优化:有限元分析
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2Cr13马氏体不锈钢扫描激光-电弧复合焊接接头元素分布及组织性能研究 被引量:1
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作者 郝康达 刘友情 +2 位作者 徐连勇 韩永典 赵雷 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第2期157-166,共10页
2Cr13马氏体不锈钢力学性能优异、耐蚀性适中且价格低廉,具有较好的利润空间,一直以来是钢铁企业尝试发展的焦点.先前研究表明激光-电弧复合工艺有望通过焊丝材料的合理选择,借助合金化的作用实现2Cr13不锈钢的高质高效焊接,但存在合金... 2Cr13马氏体不锈钢力学性能优异、耐蚀性适中且价格低廉,具有较好的利润空间,一直以来是钢铁企业尝试发展的焦点.先前研究表明激光-电弧复合工艺有望通过焊丝材料的合理选择,借助合金化的作用实现2Cr13不锈钢的高质高效焊接,但存在合金元素分布不均的问题.为此,本文在2Cr13马氏体不锈钢激光-电弧复合焊接中引入激光束扫描,依靠其对熔池的强烈搅拌效应调控合金元素分布,改善熔池冶金行为,细化晶粒,从而增强焊缝韧性.本文着重探讨了激光束扫描频率对焊缝中合金元素分布特征、焊缝组织和力学性能的影响规律.结果表明,扫描激光束对熔池的高频搅拌效应加强了熔池对流,驱动Ni元素由电弧作用区域向激光作用区域转移,焊缝中Ni元素分布不均匀程度减弱.在扫描半径0.4 mm情况下优化的扫描频率为20 Hz,此时焊缝中激光作用区域Ni元素含量由不引入激光束扫描时的1.52%提高至2.03%,对应的奥氏体相含量由4.7%增加至10.1%.同时,激光束扫描行为降低了熔池温度梯度,有利于改善焊缝成形,热影响区粗晶区平均晶粒尺寸由4.92μm降为3.95μm,焊缝杯突测试中断裂位置由熔合线转向母材,且杯突值由4.82 mm提升至5.89 mm,提升幅度达22%.相关研究将对以后马氏体不锈钢焊接研究提供一定的理论指导,对扩大马氏体不锈钢的应用领域具有重要的推动作用. 展开更多
关键词 激光-电弧复合焊接 扫描激光 元素分布 马氏体不锈钢 微观组织 力学性能
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掺氢/纯氢环境下燃气轮机的氢致损伤研究进展 被引量:1
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作者 李丛 赵雷 +2 位作者 徐连勇 韩永典 郝康达 《材料导报》 北大核心 2025年第9期122-131,共10页
随着全球能源结构向低碳化转变,氢能作为一种清洁、可再生的能源,正受到越来越多的关注。掺氢/纯氢燃气轮机作为一种高效能源转换技术,为氢能的大规模应用提供了重要支撑。然而,氢气环境下的燃气轮机热端部件面临着氢致损伤的挑战,限制... 随着全球能源结构向低碳化转变,氢能作为一种清洁、可再生的能源,正受到越来越多的关注。掺氢/纯氢燃气轮机作为一种高效能源转换技术,为氢能的大规模应用提供了重要支撑。然而,氢气环境下的燃气轮机热端部件面临着氢致损伤的挑战,限制了其长期稳定运行。本文在国内外大量研究成果的基础上,阐述了目前主要的氢损伤机制以及相关影响因素,归纳了氢与镍基高温合金材料微观缺陷(空位、位错、晶界等)相互作用的机理以及临氢环境下氢气对镍基高温合金力学性能的影响。研究表明,氢会导致镍基高温合金的延性下降,但对屈服强度和抗拉强度的影响相对较小。同时,氢对裂纹扩展行为也具有重要的影响,尤其在动态循环加载的条件下,氢加速了疲劳裂纹的扩展。然而,在高温高压条件下,氢致损伤机理的研究以及材料性能的测试仍存在诸多挑战,亟待进一步深入研究和开发专用设备。因此,未来的工作应致力于探索多种机制的协同作用,建立适应高温高压环境下材料性能测试的新标准,以更准确地评估镍基高温合金在掺氢/纯氢燃气轮机等实际工程中的应用前景和安全性能。 展开更多
关键词 燃气轮机 氢能 镍基高温合金 氢致损伤
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