纳米切削单晶铜的准连续介质法模拟

采用准连续介质多尺度方法模拟了单晶铜的纳米切削过程。分别采用原子位置图和应力分布图对纳米切削过程中局部变形进行描述,得出了模型的切削力-切削距离的响应曲线。从微观角度分析了单晶铜纳米切削过程中材料变形、材料去除机理及内部损伤情况。根据模拟结果,对切削过程中位错形核、演化过程、湮灭消失、切屑及加工表面的形成过程进行了深入的分析。从位错演化的角度解释了切削力与应变能曲线的峰谷变化。提出了纳米切削过程中材料受到刀具的挤压作用而导致位错形核。得出了在纳米切削过程中塑性材料的去除是基于位错运动演化的结论。     

纳观金属材料拉伸强度的影响因素

应用分子动力学中嵌入原子法(EAM)势函数模拟纳米单晶铜的拉伸过程,得出具有完整结构和各种缺陷结构模型拉伸时的强度极限应力,并分析了缺陷对模型拉伸强度的影响.结果表明:孔洞会降低纳米金属材料拉伸强度,表面缺陷是降低纳米金属材料拉伸强度的最主要因素,不同大小的空穴对纳米金属材料拉伸强度有不同的影响.     

梯度纳米结构IF钢的协同强化本构模型

提出了一种基于显微硬度建立梯度纳米结构IF钢的本构模型的新方法,并通过单轴拉伸过程的有限元模拟研究了应力状态演化。首先将梯度纳米结构层划分为12个等厚度薄层,假设各薄层与芯部粗晶的力学性能可用Hollomon硬化准则和GTN损伤模型表征,通过基于实验的反演算法识别出模型中的材料参数,从而建立了表征梯度纳米结构IF钢的协同强化效应和损伤演化的本构模型。通过模拟梯度纳米结构IF钢的单向拉伸过程,获得了材料在拉伸过程中依次经历的3种应力状态,即纯弹性变形时的单轴拉伸应力状态、表层受压芯部受拉的多轴应力状态和表层受拉芯部受压的多轴应力状态。基于有限元模拟得到的轴向应力—轴向应变曲线,准确预测了不同梯度层占比时的临界失稳应变。     

温度对吸附相反应技术制备纳米TiO2的影响

为了研究温度对吸附相制备过程中吸附和反应的影响，在SiO2表面利用吸附相反应技术制备了不
同温度下的TiO2纳米粒子.经过电子色散能谱仪和X射线衍射仪(XRD)对0~80 ℃样品的质量分数和晶粒粒
径分析表明，载体表面Ti摩尔分数和晶粒粒径曲线在40~60 ℃有一个突变，而在其他温度范围则呈现比
较平缓的变化.透射电子显微镜(TEM)照片显示样品存在着两个不同的形貌特征：均匀覆盖表面的黑色区
域和少量粒径在几十个纳米的单一粒子.根据硅胶表面的吸附特性构建了吸附层的形成、随温度变化以及
其中的反应过程理论，并在此基础上提出吸附层在法线方向和切线方向均存在不均匀性，法线方向上吸
附层存在化学吸附和物理吸附两种状态，对应于Ti摩尔分数温度曲线上的两个平台；切线方向上吸附层
厚度不等导致粒子大小的分布.     

考虑小尺度效应影响的金属纳米丝弹性模量的计算

用分子动力学的方法来模拟金属纳米丝的拉伸实验，得到纳米丝屈服前每一位移步的应力、应变值；基于非局部弹性理论，在考虑小尺度效应影响的情况下，建立了纳米丝的应力-应变关系。根据应力-应变关系，利用分子动力学模拟得到的纳米丝的应力、应变数值计算出金属纳米丝的拉伸弹性模量，修正了小尺度效应对纳米丝弹性模量的影响。     

基于微观胞元的镍基单晶合金应力松弛数值模拟

对DD3镍基单晶高温合金薄壁圆筒试样在680 ℃进行了拉/扭低周疲劳试验,基于单晶合金的微观结构特性,建立了γ/γ′双相微观多胞元力学模型,采用双线性随动Hill硬化模型,对试样进行拉/扭循环位移加载有限元数值模拟。研究结果表明：高温非对称循环载荷下,试样轴向表现出应力松弛行为和非弹性形变累积,其中基体相最先出现塑性累积变形,导致低周疲劳破坏。数值模拟研究发现,使用单个胞元模型进行拉/扭多轴位移加载,会出现边界应力畸变现象,与试验结果不相吻合,而采用多个胞元力学模型则可以避免发生边界应力畸变现象,能够更好地模拟高温非对称循环载荷下的应力松弛行为和对单晶合金进行应力弱化损伤研究。     

SiO2薄膜辅助硅玻璃热键合技术的研究

为了解决Si和普通玻璃进行直接键合时材料的热失配问题，提出了利用SiO2薄膜辅助进行硅玻璃热
键合（SGTB）的技术.通过分析SiO2薄膜辅助SGTB技术的化学物理过程，对键合过程中的工艺条件进行了
优化.利用反应离子束蚀刻（RIBE）对基片进行抛光，使得键合表面达到2 nm级的表面粗糙度.在大气的环
境下将处理过的玻璃、Si基片干燥，进行预键合.预键合好的Si、玻璃基片在200℃的氧化环境下退火，基
片之间的硅烷醇键发生聚合反应，形成硅氧键键合.实验结果表明，硅和玻璃基片的表面能经过预键合后
有了提高，水分子和Si表面SiO2中的氧原子交连在一起，OH-数量增加，形成硅烷醇键.Si表面热生长SiO2
薄膜的存在，减少了由Si、玻璃热膨胀系数和热传导系数差异引起的诱导应力.     

纳米尺度拉伸变形行为的分子动力学模拟

为了研究单晶面心立方材料在纳米尺度下的拉伸变形机理,采用分子动力学方法模拟了单晶Cu的拉伸变形过程,并研究了不同温度、不同应变速率对其拉伸变形行为的影响.结果表明:不同温度对单晶Cu屈服强度影响明显,温度越高,屈服强度越低;不同应变速率对拉伸过程的弹性变形和屈服机理没有影响,但对塑性变形影响大,应变速率越大,屈服强度越大.     

非接触式自动螺纹检测仪的研制

基于激光三角测量原理，提出了非接触式检测内外螺纹各参数的工作原理和实现方法。设计
制造了由轴向位移测量模块、横向位移测量模块以及上位机数据处理、控制、评价模块组成的检测系统，
并给出了检测螺纹各主要参数的算法。利用激光测量头检测螺纹轮廓在横截面上的尺寸，结合由光栅测得
的精密平台的轴向位移量和螺纹合格的判断标准完成螺纹轮廓曲线的检测和评价。该测量装置的检测分辨
率可达1.5 μm，能满足绝大多数的螺纹表面检测要求。此测量方法能避免接触式测量方式引起的变形问
题，实时控制螺纹加工质量，提高检测精度和检测效率。     

镍基单晶合金[011]取向γ′相筏形化的有限元分析

研究1 040℃、137 MPa拉伸蠕变期间[011]取向镍基单晶高温合金中γ′相的演化方式.采用三维有限元方法计算单晶合金在有/无外加载荷时von Mises应力及弹性应变能密度在γ和γ′两相中的分布.结果表明:沿[011]取向施加拉伸应力时,(001)晶面的von Mises应力远大于(001)晶面的Von Mises应力,3个晶面的应变能密度差异驱动γ′相形成元素从变形较大的(001)晶面向变形较小的(010)和(100)晶面扩散,而γ相形成元素反向扩散,导致γ′相沿[010]和[100]取向扩散生长,形成垂直于[001]方向且与应力轴倾斜成45°角的层片状筏形组织.     

脉冲电流对一种镍基高温合金γ’相粗化行为的影响

对一种镍基高温合金进行脉冲电流处理,研究了脉冲电流与时效处理过程中γ’相的粗化行为．结果表明,与相同温度时效状态相比,脉冲电流条件下合金中γ’相的长大速率显著增加．脉冲电流下γ’相的粗化遵循Lifshitz—Slyozov—Wagner理论,与时效过程中γ’相粗化激活能相比降低64．3％．脉冲电流处理过程中,脉冲电子流加剧合金原子自身的热振动,使原子处于相对高能状态,降低合金中原子跃迁激活能;脉冲电流初期由于瞬时升温而形成热应力,提高合金中的空位浓度,加速合金中的原子扩散,促进γ’相的粗化．     

Molecular dynamics simulation of chip formation mechanism in single-crystal nickel nanomachining

Nanometric machining simulations of single-crystal nickel were performed using molecular dynamics. The atomic displacement vector method was applied to study the relationship between defect displacement vectors and the crystal slip system during different deformation stages as well as the displacement trend characteristics of workpiece atoms under different deformations.The arrangement characteristics of atoms in the machining region, relative density of atoms at different machining zones, and proportion of different atoms were investigated in detail. In addition, the atom shunt phenomenon was observed by studying the displacement trend of the atoms adjacent to the machining tool, and a method for determining the location of the shunt point was determined. Moreover, direct evidence of crystal transition caused by temperature was obtained. The effects of machining depth on workpiece damage, surface flatness, and workpiece temperature were investigated. With increasing machining depth, the chip gradually changed from spherical to strip-shaped, the damage depth of workpiece gradually increased, but the atomic arrangement of the machined surface became neater. Simultaneously, the dislocation reaction of subsurface defects was studied,and the rationality of the reaction was analyzed using an energy criterion. Furthermore, the overall temperature of the workpiece increased, but the temperature of the chip part gradually decreased.     

高Q值腔中有时序差注入的二能级原子的量子信息传递的操纵

在高Q值腔中,原子与光场发生强相互作用,腔中的光子、原子作为信息的载体在耦合过程中所携带的信息随时间不断变化,从而实现量子信息的传递.参考Haroche研究小组的原子在超导微腔中的实验,利用J-C模型和包括系统耗散的Master方程,借助于数值计算方法,求解了系统中原子的约化密度矩阵元的微分方程组,并给出了原子基态的密度矩阵元随时间演化的曲线.研究了当原子的注入有时序差时,腔场的损耗对原子基态密度矩阵演化的影响.研究结果表明对两个顺序注入的原子,通过对第2个原子的注入时刻的调控,能够操控第1个原子通过腔场传递给第2个原子的量子信息,从而有效地实现对原子的量子信息传递的操纵. 更多还原     

Effect of Tension on Friction Coefficient Between Lining and Wire Rope with Low Speed Sliding

In order to obtain the exact friction coefficient between lining and wire rope, the tension of wire rope is studied as a factor which affects this coefficient. A mechanical model of a wire rope subjected to axial load was established to determine the torque of the wire rope. The contact motion between lining and wire rope was regarded as a screw rotation and the axial force of the lining resulting from the torque of the wire rope was analyzed. Theoretical formulas relating tension of the wire rope and the friction coefficient was obtained. Experiments between lining and wire rope with low sliding speed were carried out with friction tester made by us. Experimental results show that increment of the friction coefficient is proportional to that of the tension of the wire rope with a low sliding speed. The experimental results agree with the theoretical calculation; the errors are less than 6%, which oroves the validity of the theoretical model.     

高Q值微腔中二能级原子演化的操纵和量子反演

通过求解系统演化的主方程,研究了在高Q值腔中两能级原子的量子演化及其操控,特别是数值计算了在不同的场情况下原子在导入π脉冲后的演化.研究表明,在弱场情况下,作用于第一个原子的π脉冲不仅导致了第一个原子的量子演化的反演,还导致了后续第2个原子可以再现第1个原子的演化规律,从而为实现操控原子演化的规律和量子信息的传递提供了一种有效的方法.另外还提供了一种简单、方便可研判微腔中光子数的方法. 更多还原     

氯盐腐蚀钢绞线的断裂抗力分布模型

为获得腐蚀钢绞线的断裂失效概率模型,需要研究基于某种断裂准则的断裂抗力分布模型。首先提出了以塑性理论中的Mises应变作为断裂参量的腐蚀钢绞线的断裂准则,然后通过对14根氯盐腐蚀钢绞线试样的拉伸试验获得了46根断裂钢丝以及它们在拉断时的平均拉应力及断口处蚀坑的几何形状与尺寸,并采用ANSYS有限元软件模拟得到了每根钢丝的断裂抗力值;以此作为腐蚀钢绞线断裂抗力分布的数据样本,采用数理统计软件SPSS分析了其分布特征,结果表明．在0．05的显著性水平下,腐蚀钢绞线的断裂抗力不拒绝正态分布及对数正态分布,并得到了这两种分布模式下腐蚀钢绞线断裂抗力的分布模型（概率密度函数）。     

热膨胀系数时变性对混凝土温度应力仿真影响

已有试验研究表明,混凝土的热膨胀系数具有明显的随龄期发展的特性. 为了研究混凝土热膨胀系数时变特性,以及更好地模拟混凝土早龄期温度应力,分析热膨胀系数时变效应对混凝土温度应力仿真的影响,采用温度应力试验机进行试验,对混凝土热膨胀系数进行测定. 引入等效龄期的概念,将混凝土早期变形分离为温度变形与自生体积变形,建立热膨胀系数与等效龄期之间的数学模型. 通过室内试验试件的有限元数值模拟,验证热膨胀系数时变模型的合理性. 将时变模型应用于大岗山特高拱坝施工期的温度应力仿真,通过对比研究,分析热膨胀系数时变效应对混凝土温度应力的影响. 研究表明,混凝土热膨胀系数在早龄期变化较大,考虑其时变性对仿真防裂意义重大. 尤其对于受通水等影响早期温降速率较快的混凝土,考虑热膨胀系数时变效应进行仿真计算应力水平较传统方法偏高,据此计算结果进行防裂设计更安全.     

晶粒度对多晶铜纳米压痕表面变形机理影响

为研究晶粒度在多晶材料纳米压痕过程中对其塑性变形机制及位错演生过程影响.采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大规模多晶铜分子动力学模型,针对多晶铜Hall-Petch效应曲线建立具有不同晶粒度的多晶铜模型,并与单晶铜纳米压痕模型对比,采用分子动力学方法模拟计算金刚石探针压入模型的纳米压痕过程,计算4种模型的缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等参数.采用中心对称参数法研究压痕过程中位错等缺陷结构的演化机制.结果表明:具有不同晶粒度的多晶铜纳米压痕过程存在显著的规律性,单晶铜压痕力高于多晶铜,多晶铜压痕力随着晶粒度降低而下降;多晶铜的晶界结构能够限制压痕缺陷、内应力与原子势能向材料内部传递,而单晶铜难以限制此传递过程;压痕过程中,具有较小晶粒度的多晶铜具有更高的静水压力、范式等效应力与原子势能,单晶铜内应力与原子势能低于多晶铜.表层及亚表层为较低晶粒度而材料内部为较大晶粒度的梯度晶粒度材料具有极大的研究价值.     

特高压耐张串悬链线形状计算的研究

特高压输电线路中耐张塔悬挂很重的耐张绝缘子串,导致该部分单位长度上的荷载远大于导线自身的单位长度上的荷载.特别是档距较短时,这些非均布荷载与导线自身荷载相比所占分量就更大.在这种情况下,计算导线应力、弧垂及线长时,必须考虑耐张串非均布荷载的影响,否则将产生不能容许的误差.将特高压耐张绝缘子串近似成悬链线形状对其进行有限元分析,并提出可以应用于工程设计中的解析法计算解决方案.该算法可计算耐张绝缘子串的悬链线弧垂,校验对地距离和铁塔电气间隙,也可精确计算耐张串绝缘子需要倒挂的片数,降低输电线路污闪几率.     

金刚石线锯切割晶体硅模式研究

通过单颗金刚石刻划晶体硅实验和金刚石线锯切割晶体硅片表面形貌观察,分析研究了金刚石线锯切割晶体硅的模式。结果表明：在较大正压力下刻划时,金刚石主要以脆性模式切割晶体硅,划痕呈破碎崩坑状,在单颗金刚石刻划实验条件下可看到脆性解理条纹;而在较小的压力下,金刚石主要以塑性模式切割晶体硅,划痕相对平直光滑;金刚石线锯切割晶体硅片时,硅片表面呈现大量由脆性断裂留下的不规则凹坑和较长的光滑划痕,显示出以脆性模式与塑性模式混合切割模式。分析其原因可能是由于切割过程中线锯正下方对晶体硅的压力较大,以脆性模式进行多颗粒反复刻划;而与此同时,线锯侧面金刚石颗粒以小得多侧向压力对切割暴露出的硅表面进行蹭磨刻划,因此产生塑性模式刻划。