基于3D打印技术复制砂浆节理的剪切试验及峰值抗剪强度模型

为进一步研究节理三维形貌特征与节理峰值抗剪强度的关系,首先采用巴西劈裂试验获取了自然劈裂岩石表面,通过三维扫描技术获取了节理面形态的高精度点云,通过逆向建模得到了自然岩石表面的立体模型,结合3D打印技术制作出了与自然岩石表面一致的PLA模具,以3D打印获得的底模通过水泥砂浆浇筑了含有自然结构面形貌的相似节理面试样。PLA模具与复制材料差异较大,复制材料在凝结过程中不易与PLA模具黏结,进而使脱模过程较为方便,不会破坏节理面。同时PLA模具可重复进行相似材料复制工作,具有可重复使用的优点。然后进行了具有5组形貌面的20个水泥砂浆节理面在4种不同法向荷载情况下的结构面剪切试验,得到了结构面剪切位移-荷载曲线。研究了结构面峰值抗剪强度、峰值位移、剪切刚度影响因素。节理经过剪切后形貌面出现不同程度的磨损,其磨损范围与等效高差分布范围基本一致,并且在等效高差为剪断破坏模式且成片的区域磨损较为严重。在新粗糙度指标基础上提出了新的峰值抗剪强度模型,经试验对比显示出新模型的有效性。在新模型基础上提出了一个简化模型。对比发现新模型简化后其计算精度较新模型有所降低但由于所需参数减小计算较为方便,新模型简化结果精度虽然有所下降但是还是比Barton公式精度高。     

Process and joint quality of ultrasonic vibration enhanced friction stir lap welding

In order to improve the process effectiveness and joint quality, ultrasonic vibrations were integrated with friction stir lap welding. Effect of ultrasonic exertion on the process and joint quality of AA 6061-T6 were investigated. Upon ultrasonic exertion, joints owned larger effective lap width, shorter hooks and improved strength. Weld fracture mode changed from a ductile–brittle mixed mode to a more ductile mode while the fracture path shifted from lap interface to beyond the stir zone. Material flow and interface defects were characterised using lap welded dissimilar aluminium alloy joints. Ultrasonic vibration improved the material flow and reduced the interfacial defects. Variations in failure load of joints were found in accordance with the variations in material flow and interfacial defects.     

不同制样方法对直流辉光放电质谱法测定氮化硼中27种杂质元素的影响

讨论了3种制样方法对直流辉光放电质谱法(dc-GDMS)检测氮化硼中的Na、Mg、Al、Si等27种杂质元素的影响。3种制样方法分别如下所示:方法1,直接把氮化硼压在铟薄片上;方法2,把氮化硼压在铟薄片上后,再盖上一层铟罩;方法3,把压碎后的氮化硼放在针状钽勺上。在优化的辉光放电参数下对比了3种不同制样方法对基体信号强度的影响。试验表明:在方法1中,当氮化硼尺寸约为3mm×3mm,厚度小于1mm时,基体¹¹B的信号可达1.8×10⁷ cps;在方法2中,选择铟孔大小合适的铟罩,基体¹¹B的信号可达1.0×10⁷ cps;方法3获得基体信号强度比方法1、方法2高一个数量级。大部分元素在中分辨率下可获得较好的结果,而对于在高分辨率下也较难分离的元素,可选择丰度较低的同位素在中分辨率下进行测定,如Ge选择⁷⁰Ge⁺,Se选择⁸²Se⁺,Cd选择¹¹¹Cd⁺,Sn选择¹¹⁹Sn⁺,Ag选择¹⁰⁹Ag⁺,Pt选择¹⁹⁴Pt⁺。氮化硼中的杂质元素含量可通过样品片中待测元素含量减去来自于铟薄片或钽勺中该元素贡献的含量来计算获得。将样品平行测定5次,相对标准偏差均在20%以内。对于Al、Si、Ti等元素的测定,3种制样方法的测定结果基本一致;方法1、方法2中检测到的In含量较大,使得铟中的Ni、Cu对氮化硼的测定值影响较大;方法3由于钽中Fe、Cu的贡献导致氮化硼中Fe、Cu的检测值较大,但方法3获得的基体信号强度大,可降低部分元素的检出限,如Cr、Mn、Ga、Ge等。综上所述,方法3为优选方法。     

Improving weld formability by a novel dual-rotation bobbin tool friction stir welding

A novel dual-rotation bobbin tool friction stir welding (DBT-FSW) was developed, in which the upper shoulder (US) and lower shoulder (LS) have different rotational speeds. This process was tried to weld 3.2 mm thick aluminum-lithium alloy sheets. The metallographic analysis and torque measurement were carried out to characterize the weld formability. Experimental results show that compared to conventional bobbin tool friction stir welding, the DBT-FSW has an excellent process stability, and can produce the defect-free joints in a wider range of welding parameters. These can be attributed to the significant improvement of material flow caused by the formation of a staggered layer structure and the unbalanced force between the US and LS during the DBT-FSW process.     

硅渣和玻璃粉直接烧结制备多孔材料的气孔结构与力学性能

以硅渣和玻璃粉为原料,采用粉体直接烧结法制备多孔材料,研究了烧结温度(700~900℃)、烧结时间(15~120min)和升温速率(10~100℃·min^-1)对多孔材料表观密度、气孔率、物相组成、抗压强度的影响。结果表明:气孔结构均匀性随烧结温度的升高而降低;表观密度随烧结温度的升高先减小后增大,随保温时间的延长而增大,随升温速率的增大而减小,气孔率的变化趋势与表观密度的相反;多孔材料的主要物相为玻璃相和硅、SiC、SiO2、Ca2Al2SiO7等结晶相,且结晶度随烧结温度的升高而降低;抗压强度随烧结温度的升高呈先增大后减小的趋势;当烧结温度为750℃,升温速率为30℃·min^-1,烧结时间为30 min时,多孔材料的主晶相为硅和Ca2Al2SiO7,抗压强度最大(1.60MPa),表观密度为0.43g·cm^-3,气孔率为80%。     

狭缝节流空气静压轴承局部气膜流场的直接数值模拟

采用3阶精度的迎风格式及2阶精度的中心差分格式,直接求解二维非定常N-S方程组,研究狭缝节流空气静压轴承压降恢复之后区域的流场特性。使用雷诺方程计算相同位置气膜中心处的流场状态,并与直接数值模拟方法的计算结果进行对比。结果表明:雷诺方程与N-S方程在计算域内计算结果基本一致,两者压力偏差为0.173%,速度偏差为1.217%;流场压力、密度沿气流方向逐渐减小,但在气膜方向几乎不变;流场速度、压力梯度沿气流方向逐渐增加,速度在流场出口处达到最大值;直接数值模拟方法得到了流场的温度变化,即整个流场的温度变化很小,温度整体呈上下高、中心低的分布,而雷诺方程无法计算得出整个流场的温度变化情况;采用雷诺方程计算轴承压降恢复之后区域的流场是合理的。     

单相硼化物的制备及摩擦磨损性能研究

为了深入研究渗硼层中硼化物的性能，采用真空感应熔炼法制备单相硼化物材料。观察分析制备的硼化物微观组织，测试其力学性能。采用MMU-5G型销-盘式摩擦磨损试验机，在干摩擦条件下，研究了不同载荷下单相硼化物的摩擦学性能，观察其磨损表面形貌特征，探讨其磨损方式。结果表明：制备的硼化物为单一相，试样纯度高，试样的平均显微硬度为HV2065，平均断裂韧性值为1.68 MPa·m1/2；硼化物的断口处没有宏观的塑性变形，断口齐平光亮，表现为脆性断裂特征；干摩擦条件下随着载荷从10 N增加到30 N，硼化物的摩擦因数先降低后增加，20 N载荷时达到最小值，而其磨损量随着载荷的增加不断上升；随着载荷从10 N增加到30 N，磨损表面的粗糙度先逐渐上升后急剧上升； 10~20 N载荷下，硼化物的磨损以磨粒磨损为主，而25~30 N载荷下，硼化物的主要磨损方式从磨粒磨损转变为脆性破损。     

Mechanism of methanol decomposition on the Pd/WC(0001) surface unveiled by first-principles calculations

In this study, the decomposition of methanol into the CO and H species on the Pd/tungsten carbide (WC)(0001) surface is systematically investigated using periodic density functional theory (DFT) calculations. The possible reaction pathways and intermediates are determined. The results reveal that saturated molecules, i.e., methanol and formaldehyde, adsorb weakly on the Pd/ WC(0001) surface. Both CO and H prefer three-fold sites, with adsorption energies of −1.51 and −2.67 eV, respectively. On the other hand, CH₃O stably binds at three-fold and bridge sites, with an adsorption energy of −2.58 eV. However, most of the other intermediates tend to adsorb to the surface with the carbon and oxygen atoms in their sp³ and hydroxyl-like configurations, respectively. Hence, the C atom of CH₂OH preferentially attaches to the top sites, CHOH and CH₂O adsorb at the bridge sites, while COH and CHO occupy the three-fold sites. The DFT calculations indicate that the rupture of the initial C–H bond promotes the decomposition of CH₃OH and CH₂OH, whereas in the case of CHOH, O–H bond scission is favored over the C–H bond rupture. Thus, the most probable methanol decomposition pathway on the Pd/WC(0001) surface is CH₃OH → CH₂OH → trans-CHOH → CHO → CO. The present study demonstrates that the synergistic effect of WC (as carrier) and Pd (as catalyst) alters the CH₃OH decomposition pathway and reduces the noble metal utilization.     

二氧化碳气体保护焊在厚板上的应用

板厚为 5 5mm的 16Mn钢采用CO2 半自动气保焊建造大型转炉炉体的可能性和可靠性如何 ?目前尚缺少足够的试验数据。为了给转炉工程的施工焊接提供可靠数据 ,确保焊接质量 ,对板厚 5 5mm16Mn钢CO2 半自动的焊接性能进行了一系列的试验研究     

深水井控中节流管线摩阻分析及压井方法

在海洋深水钻井中，防喷器组一般安装在海底，当发生井涌进行压井作业时．由于节流管线较长、内径较小，钻井液在节流管线内存在高摩阻损失，作用在井底的压力往往大于地层的破裂压力．从而引起压井过程的复杂化，甚至造成压井作业的失败。介绍了一种新的压井方法附加流量法，在返出的节流管线流体中混入低密度流体，降低节流管线内流体的粘度和密度，从而实现安全压井；详细介绍了压井方法和步骤。数据分析表明，通过对压井参数进行优化选择能够降低节流管线中的压耗。