铍材切削加工温度场和应力场的数值模拟

采用MSC.Marc软件对铍材切削加工温度场和应力场进行热力耦合有限元分析,铍材本构关系采用Johnson-Cook模型,编写子程序模拟铍材切削断裂分离现象.结果表明:铍材切削加工过程温升不明显,最高温度约45 ℃,切削后工件表面平行和垂直于走刀方向残余应力分量均为拉应力;采用工艺获得铍材切削稳定状态下切削力和进给力分别为280和–250 N/mm.此研究有助于加深铍材切削应力形成规律认识以及切削工艺参数优化.     

紧凑拉伸铍试样裂纹尖端应力分布研究

为了评估应力作用下铍试样裂纹尖端的微观断裂特性，设计了平面应变状态下铍的紧凑拉伸试样，采用X3000应力分析仪测试了不同载荷下铍试样裂纹尖端的应力分布，并对加载过程中铍试样内的应力应变进行了有限元计算。结果表明，离铍试样裂尖较远区域，有限元计算和实测值吻合较好，靠近裂尖区域，有限元计算高于实测值。根据铍试样拉伸时裂纹扩展的临界载荷，计算获得了铍试样裂纹尖端的最大应力、塑性区半径以及断裂强度因子。     

铀表面Al/Ti复合镀层热应力的有限元分析

对铀表面Al/Ti复合镀层的热应力进行了热弹塑性有限元分析,表明Ti镀层内为压应力,Al镀层内为拉应力,并达到铝的屈服强度,靠近试样侧边,存在边缘效应引起的应力分布不均匀性,离试样侧边2倍镀层厚度处,不均匀性逐渐消失,试样侧边U-Al界面剪切应力大于中部区域.对沉积温度、镀层厚度及镀层力学性能对镀层热应力和塑性应变的研究表明,随着沉积温度升高,镀层内热应力和塑性应变明显增大,减薄Al镀层和增厚Ti镀层可降低镀层内热应力和塑性应变,Al镀层屈服强度及Ti镀层弹性模量对镀层热应力和塑性应变有重要影响.     

X射线法测试Be应力的影响因素分析

根据X射线法测量应力原理，结合Be力学参数特点，分析了衍射晶面选择、应力梯度以及覆盖物等对应力测量结果的影响，同时还分析了铍材性能和处理工艺对应力的影响。结果表明，衍射晶面、应力梯度和处理工艺对应力值变化影响很大，测试结果不确定度相对较大。     

U-Cu金属间化合物制备与表征的研究

为了提高核工程系统中核材料的相容性和安全性,贫铀金属间化合物的物理化学行为是技术上值得十分关注的问题。这是因为,有时这些金属间化合物以夹杂形式存在于材料中;有时核材料不可避免的与包壳材料如钢、锆、铝和铜等接触并形成化合物。因而U金属间化合物特性研究及其相容性预测需要制备并表征这些金属间化合物。本项目拟采用材料基因工程研究方法,制备了U-Cu等金属间化合物,利用纳米压痕、SEM、能谱仪等表征了化合物的形貌、成份和力学性质如弹性模量、硬度等。结果显示在一定压力和温度作用下,在金属U和Cu界面获得了一定厚度的金属间化合物。扩散层成份为Cu和U,Cu/U比例约为78:22。对界面化合物进行了微区纳米压痕测试,结果显示U-Cu化合物弹性模量为121 GPa,压入硬度为5.2 GPa,热膨胀系数为7.3×10_-5K_-1。U-Cu化合物的应变硬化效应比金属U明显。金属U应变率效应比U-Cu化合物明显。     

冻融作用下粉煤灰地聚物混凝土性能劣化研究

以Ⅲ级粉煤灰作为主要胶凝材料,制备粉煤灰地聚物混凝土(FGC),探究在冻融循环作用下,激发剂模数和粉煤灰细骨料替代率对FGC质量损失率、相对动弹性模量和相对抗压强度等方面特性的影响。结果表明:激发剂模数为1.5时,FGC质量损失最小,模数为1.0时,动弹性模量和强度损失最小;粉煤灰部分替代细骨料时,对FGC抗冻性能提升效果显著,且替代率为25%时FGC抗冻性能最佳。     

离子轰击对Be上Al膜的影响

以Be为基体 ,采用磁控溅射离子镀在其上镀制Al膜 ,研究了离子轰击对膜基界面和Al膜微结构的影响。研究表明 ,在薄膜沉积初期 ,施加高能量离子轰击和采取循环轰击镀能增加界面形成的Be、Al共混区宽度。不同能量的离子轰击对Al膜微结构有较大影响 ,不施加离子轰击 ,Al膜在 (111)面择优生长 ;随着轰击能量升高Al膜在(111)面择优生长趋势减弱 ,Al膜在 (2 0 0 )面生长趋势加强 ;当轰击能量超过一定值后 ,Al膜在 (111)面择优生长的趋势又得到加强。晶粒在低能量离子轰击时随轰击能量增加而细化 ,当较高能量离子轰击引起基体温度升高时 ,此时晶粒又变大了。     

紧凑拉伸Be试样应力和断裂行为研究

利用X射线应力分析仪和在线加载装置测试了紧凑拉伸(compacttension,CT)Be试样缺口前端的应力分布,利用万能拉伸试验机、引伸计和扫描电镜研究了紧凑拉伸Be试样的断裂行为.研究表明:样品加工缺陷如缺口在载荷作用下形成应力集中,样品首先在此开裂,获得了紧凑拉伸铍试样的载荷-裂纹张开曲线和平面应变断裂韧性为15.4MPa√m.扫描电镜观察表明Be断口呈现解理特征,紧凑拉伸试样断口呈现出3个特征区.裂纹尖端扩展观察表明沿基滑移面形成解理微裂纹,这些微裂纹长大后受主应力控制.利用断裂韧性评估了Be材存在微裂纹时的断裂强度.     

U-2.5Nb氢蚀初期动力学试验研究

利用带显微镜的气固反应系统,在线观察了U-2.5Nb氢蚀初期氢化物成核和生长过程,表征了U-2.5Nb氢蚀初期的动力学特征和反应速度,研究了温度、压力和膜厚对U-2.5Nb氢蚀初期行为特征的影响。结果表明,U-2.5Nb比未合金化铀的氢化速度大很多,抗氢蚀性能更差。在低温（<125℃）下,孕育期随反应温度的升高而变短,遵从Arrhenius关系,超过125℃,孕育期随反应温度的升高而变长,孕育期存在一最小值;孕育期随反应压力升高而变短,与反应氢压力成反比关系;膜厚对孕育期的影响极其明显,孕育期随氧化膜厚度增加而变长。孕育期越长的氢蚀,其表面的成核点越少,成核越不均匀,且易在局部形成大的氢化物,氢化速度亦越低。     

氢蚀对U-2.5Nb合金力学性能的影响

通过温度和压力变化精确控制U-2.5%Nb合金氢腐蚀的氢消耗量,利用万能拉伸试验机测试不同程度氢腐蚀对U-2.5Nb合金力学性能的影响,用金相和SEM表征该合金氢腐蚀的形貌和断面形貌。结果表明,材料的延伸率和断面收缩率在氢蚀后下降明显,抗拉强度随着腐蚀程度的增加略有下降。根据腐蚀形貌和断面形貌讨论了氢点蚀影响材料力学性能的机制,即氢点蚀引起的蚀坑和微裂纹是造成力学性能下降的主要原因