100 MeV强流质子回旋加速器主真空室结构设计

中国原子能科学研究院建成了100 Me V紧凑型强流质子回旋加速器,其引出能量为75~100 Me V,流强为200~500μA。为了减小粒子加速时束流损失并满足加速器粒子对真空的要求,文中设计了一个内径为4040mm、高度为1270mm的主真空室来保证加速器的真空。介绍了主真空室结构设计的难点,并对应力分析情况、放射性防护方面设计进行了介绍。     

磁流变减振器建模与试验

建立较为精确的磁流变减振器阻尼力模型是设计控制策略并获得良好控制效果的关键。基于流体动力学理论和磁流变液流变特性,对阻尼通道内磁流变液进行流体动力学分析,详细推导磁流变减振器阻尼力模型。结合阻尼通道处磁场有限元分析,完善阻尼力模型。最后试验测试自制磁流变减振器在不同励磁电流和不同活塞速度下的示功特性和速度特性,利用试验数据对模型进行系数辨识,建立磁流变减振器简化力学模型。研究结果表明,励磁电流小于0.8 A时,输出阻尼力试验值与计算值较吻合,当励磁电流增大,阻尼力试验值与计算值最大相差约100 N,计算值相对于试验值的误差在19%以内,该简化力学模型能描述磁流变减振器的基本力学特性,能为半主动悬架控制研究提供理论指导。     

三通阀流阻数值模拟与试验验证

本文利用STAR-CCM+流体仿真软件,基于SST K-W湍流模型,完成了不同流量、不同温度下热管理控制阀的流阻仿真,并通过试验验证了仿真结果的可靠性,为设计人员优化结构提供帮助,缩短研发周期,提高工作效率。结果表明：同流量下,温度高的冷却液因黏度降低,流阻偏小,试验值与仿真结果趋势一致;30-100lpm小流量试验值与仿真值误差最大为14.7%,原因为小流量下,流阻本身不大,加上不可必免的试验测试误差,误差算下来要大一些;125-200lpm大流量,冷却液23℃时误差在10%以内,65℃时最大误差12.6%。     

磁场作用下铝/钢CMT焊接温度场及熔池流动行为

为探究纵向磁场在铝/钢冷金属过渡(Cold metal transfer,CMT)焊接过程中的作用机理,采用ANSYS软件对纵向磁场作用下电弧形态、温度分布和熔池流动行为进行数值模拟,重点研究不同线圈励磁电流对焊接温度场和熔池流动行为的影响。结果表明,外加磁场可以改变电弧等离子体的运动行为,进而影响了焊接电弧在基板表面和熔池内部的热量传导行为。施加磁场后,熔池中的峰值温度发生下降,峰值温度区域由熔池中心转向熔池外围,铝/钢界面处的高温停留时间和温度也随之下降。此外,外加磁场改变了铝液熔池内部的流动行为。熔池内部的流动特征由无磁场时的单一环流,转变为有磁场作用时的双环流流动特征。随着励磁电流的增加,熔池内部的流速和流动范围有增大的趋势。     

一种新颖多路温度采集及控制系统的研究

一、引言电子直线加速器中的水冷系统包括恒温水和非恒温水两个子系统。恒温水冷子系统(以下均称系统)主要用于盘荷波导加速管、高频腔、假负载等微波传输系统的冷却。系统主要设计指标可归纳为:(1)在稳定的热负载下,加速管壁温应保持在45±0.3℃范围内。(2)空载和满载时,冷却水温度相差2℃。在任意稳定热负载状态下,冷却水温度的波动都应保持在±0.1℃,以保证指标1的实现。加速器工作时,速调管的部分微波功率会转换成热能,使加速管壁温度升高,导致电子束能谱色散。因此需要在加速管壁外通水冷却。加速器工作时,最高能量可达1.6千兆电子伏特,100mA 束流,因此现场存在着强电、磁干扰及强辐射。二、控制方案及系统构成加速管安装在隧遭内。整个加速管长达200m,冷却水温检测点距加速管壁温检测点最远可达100m,水温对壁温的滞后时间最长约4分钟。因此控制对象具有大惯性、大滞后特点。为获得最佳控制效果,将恒温水冷系统分为16路,每路冷却一段12.5m 长的加速管,每段都按图1所示的串级控制方案来调节。图中T_1为壁温设定值;T_b 为传感器检测到的壁温;T_s 的水温。整个加速管共需16套图1所示闭环控制回路,32个通道,由一台计算机巡     

直流磁场条件下GCr15/W18Cr4V摩擦磨损特性研究

大气条件下,在改进的MPV-1500型摩擦试验机上研究不同磁场强度下的GCr15/W18Cr4V配副干滑动摩擦磨损性能,采用扫描电镜(SEM)观察试样磨损后的表面形貌和组织,采用能量分散谱仪(EDS)测定磨损后的表面成分。结果表明:与无磁场条件下相比,有磁场时GCr15钢销的摩擦因数较小,磨损量较低;随磁场强度的增加,摩擦因数有减少的趋势,而磨损量则先急剧降低,至较低值后呈现缓慢下降的趋势;直流磁场吸附磨屑形成三体磨损,是直流磁场减摩耐磨的主要原因。EDS分析表明:在磁场条件下磨损后GCr15钢的磨损表面会生成更多的氧,氧化磨损比例增加。     

热辐射处理制备VC涂层的温度-应力场有限元分析

利用ANSYS有限元软件对热辐射处理制备VC(碳化钒)涂层进行建模,分析了涂层厚度、加热温度及加热时间对VC涂层温度场-应力场的影响规律。结果表明,不同温度下涂层沿x轴方向温度变化的趋势均呈上升趋势;涂层最高温度(837℃)与加热温度(850℃)相差15℃左右,温度差值约1.52%;不同厚度下温度的变化趋势均为递减,当厚度为6μm时,温度递减的趋势较平稳,未出现峰值,当涂层厚度增加时,应力值先增加然后减小,在厚度为6.3μm时发生突变,而后呈递增趋势;考虑应力、厚度因素对涂层性能的影响,涂层最佳厚度应为5～6μm。     

低强度脉冲磁场下时效温度和时间对A356铝合金组织和性能的影响

对A356铝合金进行T6热处理,在时效时施加33 mT低强度脉冲磁场,研究了时效温度(175,185℃)和时效时间(50,60,70 min)对A356铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：在脉冲磁场作用下时效后,A356铝合金的二次枝晶间距随时效温度升高或时效时间延长而减小,共晶硅的长径比随时效时间延长先减小后增大;时效温度为185℃时共晶硅的直径和长径比较175℃时有所增大,但其数量减少;在脉冲磁场作用下时效后,A356铝合金的抗拉强度和屈服强度随时效时间延长或时效温度升高而增大;A356铝合金的热处理工艺可改进为540℃固溶60 min+175℃时效70 min,时效时施加33 mT脉冲磁场,该工艺处理后铝合金的拉伸性能满足使用要求。     

低温对受电弓气动性能的影响

为研究低温对受电弓气动力和气动噪声的影响,基于三维可压缩黏性流体模型对速度200 km/h、300 km/h 和400 km/h,温度-50℃、-20℃和15℃条件下受电弓周围流场进行数值模拟,并应用Ffowcs-Williams/Hawkings(FW-H)方程计算受电弓远场气动噪声.在此基础上分析了受电弓气动力和气动噪声随温度的变化规律以及气体压缩性的影响.研究结果表明,随着温度降低,受电弓所受压差阻力和黏性阻力均增大.环境温度由15℃降至-20℃和-50℃时,总的气动阻力增幅分别为14％和30％.速度越高,温度对气动阻力的影响越显著.在低温环境下,受电弓顶部部件气动升力波动更加剧烈,对受流质量有不利影响.低温导致受电弓表面脉动压力幅值增大且波动更加剧烈从而使远场气动噪声增大.在400 km/h 速度下,环境温度由15℃降至-20℃和-50℃时,距受电弓7.5 m 的水平半圆上的测点声压级分别平均增大约1.4 dB 和3.2 dB,但不同温度下的气动噪声频谱特征相似.不同速度下温度降低引起的气动噪声声压级增长量相差较小.环境温度变化导致的空气密度变化是影响不同温度下受电弓气动力和气动噪声的主要因素.在上述计算条件下,使用不可压缩模型计算受电弓气动力和气动噪声声压级也可以获得较为精确的结果.     

温度对动车组车轮钢服役次生疲劳裂纹起裂扩展特性影响

高速动车组车轮材料在严酷服役温度条件下的抗疲劳裂纹起裂与扩展能力是制定车轮合理维修周期和进行服役寿命评估的基础。选用高速动车组用ER8C车轮钢作为研究对象,对其在-60~60 ℃服役温度范围内进行了应力疲劳试验及疲劳失效机制探讨。结果表明：随着测试温度的升高,轮辋、轮辐材料疲劳寿命均呈现出显著缩短趋势;在较高的服役温度条件下,试样出现了半椭圆形的次生疲劳裂纹起裂扩展形貌特征,且由于轮辋与轮辐不同位置材料强度韧性的差异,使得产生次生疲劳裂纹起裂扩展形貌特征所对应的温度条件不同,对于轮辋材料,当试验温度升高到50 ℃时,试样开始产生次生疲劳裂纹,而对于轮辐材料,当试验温度升高到30 ℃时,试样便开始产生次生疲劳裂纹;通过对主次生疲劳裂纹的扩展特性比较分析可知,随着应力强度因子幅值的增大,材料微观薄弱区域由珠光体片层层间转变为珠光体团晶粒边界。     

法向压力对销-盘在电磁场环境下耦合温度场的影响

利用ANSYS有限元软件对销-盘式摩擦机中销、盘摩擦磨损耦合的温度场进行模拟分析,研究模型在电磁场环境下,不同法向压力对摩擦热和磁场热耦合温度的影响。结果表明:对于销-盘摩擦副,在相对位移、速度和法向压力一定的条件下,有磁场条件下摩擦副试样的温度高于无磁场条件下的温度;在一定的磁场强度和速度下,耦合最高温度随着法向压力的增大先缓慢后快速地升高;在相对滑动位移和磁场强度一定时,最高耦合温度随着相对运动速度的增大而降低。     

回旋加速器在透照试验中的应用

通过采取不同的参数进行透照试验和验证,优化回旋加速器在实际使用过程中的透照工艺,进一步提高检验灵敏度,为使用回旋加速器时检验器材及工艺的选择提供参考。     

温度对X65管线钢CO2腐蚀产物膜结构和力学性能的影响

利用SEM、XRD、能谱仪对不同温度下形成的腐蚀产物膜的形貌、厚度、结构和成分进行分析,利用纳米压痕仪测量腐蚀产物膜的硬度和弹性模量.结果表明,温度对腐蚀产物膜的表面形貌没有明显影响.在65℃到90℃温度范围内,温度对腐蚀产物膜的晶粒尺寸影响不大;115℃时,膜表面的晶粒尺寸不均匀,差别较大.温度对腐蚀产物膜的厚度影响较大,在65℃到115℃温度范围内,随着温度的升高,腐蚀产物膜的厚度降低;温度对腐蚀产物膜的表面成分影响不大,不同温度下膜的表面成分均为(Fe,Ca)CO3复盐;在65℃到90℃温度范围内,随着温度的升高,腐蚀产物膜的硬度和弹性模量降低,在90℃时出现最低值,温度升高至115℃,膜的硬度和模量又明显升高.     

X80管线钢第二相粒子溶解及奥氏体晶粒长大行为

通过金相观察和萃取复型的方法,研究了X80管线钢在不同加热温度下奥氏体晶粒长大规律及第二相粒子的溶解规律。结果表明:随加热温度升高,奥氏体晶粒逐渐长大,当温度达1 150℃时,晶粒急剧增大;当加热温度达到1 200℃时,铌的碳氮化物几乎全部溶解于基体中。     

扭矩作用下钴铁氧体粘型结复合材料中磁-机效应与温度的关系研究

研究了扭矩作用下,在-38～90 ℃范围内环形钴铁氧体复合材料的磁-机效应与温度的关系.测量了作为作用扭矩函数的外部轴向磁场的变化.观测了室温(22℃)条件下的磁滞后量△r和磁-机灵敏度Sm.作为温度的函数,在整个温度范围内,2个量都随着温度的升高而减少,但在温度高于60℃时,磁-机滞后变化很小,可以忽略不计,而且外部磁场随作用扭矩成线性变化.利用磁致伸缩、磁各向异性、自发磁化及畴壁钉札等理论对磁-机效应与温度的关系进行了分析.     

耦合温度效应晶体塑性的TWIP钢变形行为研究

为探究TWIP钢高温条件下的塑性变形机理,建立了耦合温度效应的晶体塑性本构模型,考虑温度对TWIP钢滑移和孪生的影响,提出了耦合温度效应的流动法则和硬化法则。结合在500 ℃和750 ℃条件下的原位SEM高温拉伸试验,建立了描述TWIP钢热变形过程的晶体塑性有限元模型。模拟获得不同温度条件下的应力应变曲线、应变硬化率和孪晶体积分数与试验结果相吻合,验证了该模型的正确性。进而,基于所建立的模型研究了温度对TWIP钢塑性变形过程滑移、孪生演化及应变硬化过程的影响规律,结果表明：滑移阻力、孪生阻力和应变硬化率随温度的升高呈不均匀降低的趋势,且断后伸长率呈现降低的趋势,由25 ℃时53.4%降低至750 ℃时16.5%。同时,随温度升高,孪生受到抑制,但滑移受温度的影响较小,表现为滑移主导的塑性变形机制。     

高温下位移幅值对TC4合金磨损性能的影响

钛合金的微动磨损会加速裂纹的形成与扩展,导致其构件提前失效。利用摩擦磨损试验机考察TC4合金在300和500℃温度下的微动磨损行为,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对磨痕轮廓及磨痕表面进行分析,探讨在300和500℃温度下TC4合金在不同位移幅值作用下的微动磨损机制。实验结果表明：高温条件下,试样平均摩擦因数和磨损率随位移幅值的增加呈现先增大后减小的趋势;两种高温环境中,小位移幅值时,微动运行区域为部分滑移区,主要损伤机制为黏着磨损和氧化磨损;位移幅值为100μm时,微动运行区域为混合滑移区,主要磨损机制为氧化磨损、剥层磨损及塑性变形;大位移幅值时,微动运行区域为完全滑移区,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。对比300和500℃条件下磨损结果,表明温度越高TC4合金耐磨性能越好,这主要是由于摩擦生成的氧化物TiO₂和Fe₂O₃对磨损表面具有保护作用。     

基于加速老化试验的海工装备O形密封圈寿命预测

针对海工装备O形密封圈实际工作中海水的酸碱性和海洋特殊环境,开展O形密封圈老化加速寿命试验。基于橡胶老化经验公式与阿仑尼乌斯加速模型,设计模拟海洋环境的老化加速寿命试验台,在湿度80%、盐度35%(质量分数)、pH值8.22的环境下,开展35、50与65℃下的老化加速试验;建立丁腈橡胶密封圈老化动力学模型,分析不同温度下压缩永久变形率随时间的变化规律,以及温度与老化时间以及压缩永久变形率之间的函数关系,预测海工装备中O形密封圈使用寿命。结果表明：密封圈在相同介质中不同温度下老化时,使用寿命随着温度升高而减少的速度并无明显变化。采用建立的密封圈老化动力学模型,推测出在25～30℃海水环境下密封圈使用寿命在1～1.5年之间,与实际使用寿命基本吻合。     

基于流热固多物理场耦合的磁力泵关键零部件结构分析

磁力泵冷却工作介质的压力以及涡流热产生的温度影响关键零部件的应力和应变的分布,利用AnsysWorkbench有限元方法对关键零部件进行流热固耦合数值计算分析。计算分析可得:不同温度下关键零部件的最大等效应力值和变形量不同,随着温度的升高而线性增大;等效应力值较高的发生部位为隔离套筒壁与隔离套法兰的连接处及内磁转子与泵轴连接面处;应变量较大的发生部位为靠近内磁转子的隔离套筒壁处;尽量保证冷却工作介质的冷却温度在45℃以下。     

滑动轴承油水冷却器的换热与流阻特性

滑动轴承运行过程中油膜剪切和搅油产生的功耗约80%会转换成热量,导致油箱内润滑油温度升高,为将润滑油温度控制在设计值内,通常在油箱内安装油水冷却器带走热量,冷却器换热性能直接影响滑动轴承的运行温度和主机的正常工作。油水冷却器的散热能力主要由换热系数和流阻特性决定,对不同油流量条件下的油水冷却器进行试验测试,研究其换热和流阻特性,结果表明：在控制进油、进水温度及进水流量的前提下,油流速在一定范围内增加时,换热系数先增加后趋于稳定,压力损失增大,换热因子和阻力系数减小,冷却器可在一定油流速范围内获得最佳的换热和流阻特性;试验获得了对数坐标系下努赛尔数、欧拉数与雷诺数的拟合曲线,理论计算与试验拟合结果具有良好一致性,并在此基础上获得了油流速与换热系数及流阻的经验公式。