基于微观结构的多晶Cu纳米压痕表面缺陷研究

基于多晶材料的微观拓扑结构,从多晶Cu纳米压痕中晶粒内部、晶界面、三叉晶界和顶点团等4类微观结构与缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等方面,研究了压痕表面位错缺陷的演化机制。结果表明:当高维数的微观结构承载压应力时,与其邻近的低维数微观结构表现为拉应力,且更低维数的微观结构(顶点团)更易表现为拉应力;位错缺陷形核时其原子具有较高的内应力与原子势能,扩展时其边缘的不完全位错原子内应力高于内部堆垛层错原子内应力;位错形核与扩展和内应力的累积与释放具有相似的方向性,首先扩展至低维数的顶点团、三叉晶界,而后传递至高维数的晶界面并止于晶界面。     

抽头式电流互感器的常见问题分析

“电流互感器二次回路严禁开路”,这是《电业安全工作规程》的规定,也是每个电业工作人员头脑中根深蒂固的观念。     

超音速气液混合清洗方案设计与参数优化

工业的发展促使工业设备和零件逐步趋向复杂化,这对清洗工作提出了更高的要求。本文提出一种新型的超音速气液混合清洗方法并设计了相应的清洗装置。该装置主要基于拉瓦尔喷嘴加速原理,将压缩气体和液体在喷嘴出口处加速到2倍音速,利用超音速混合气液的冲刷作用达到清洗目的。与传统高压水射流清洗方法相比,可节省80%以上的用水量,并使清洗效率得到显著提升。首先基于热力学理论分析对超音速气液混合装置中的喷嘴方案进行设计;然后采用中值差分方法,利用MATLAB软件迭代计算不同喷嘴几何参数和不同工况下喷嘴内混合气液的速度分布,从而得到气液混合喷嘴几何和工况的最优参数。     

晶体材料纳米切削加工机理的研究

正纳米加工技术已成为国家科学技术发展水平的重要标志,国防战略发展和纳米级高精度、高质量、低损伤尖端产品的迫切需求,促进了纳米加工技术的快速发展。在纳米尺度,理解材料的变形、去除机理对于加工高质量的微纳器件至关重要,多晶材料作为制造微纳器件的主体,具有晶粒尺寸较小、大比例晶界和缺陷结构极少的特征,但目前对于多晶材料的去除机理仍缺乏研究基础和理论依据。纳米加工实验由于研究对象尺寸达到纳米量级,存在加工过程中材料的组织结构变化及缺陷演化难以动态观测和控制,可重复性差等问题,使之难以获得满意结果。从而科学计算和计算机仿真技术成为研究纳米加工     

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.     

合金元素比例对铜铅合金纳米拉伸力学特性的影响

铜铅合金由于铜的高塑性、高强度以及铅的自润滑功能,是经过实践检验证明的优良减磨材料,广泛应用于精密机械和航空航天领域中.为研究元素比例在铜铅合金材料纳米拉伸过程中对其力学特性的影响,采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大规模多晶铜分子动力学模型,在此基础上,采用混合蒙特卡洛/分子动力学方法(hybrid Monte Carlo/molecular dynamics, MC/MD)建立铜铅合金模型.根据真实铜铅合金比例成分建立具有不同铅原子比例的铜铅合金模型并与多晶铜纳米拉伸模型对比,模拟计算多晶体及铜铅合金的纳米拉伸过程,计算各模型的缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等参数.结果表明:具有不同元素比例的铜铅合金纳米拉伸过程存在显著的规律性,铜铅合金和多晶铜的静水压力及势能分布相似,铅原子能够抑制铜铅合金晶界处位错的形核与扩展从而使合金材料结构更稳定,合金材料塑性变形过程中晶粒和晶界的势能变化特点相反,铅原子的加入主要影响晶界状态,晶界结构组成在合金塑性变形过程中具有主要作用.因而,通过改变铜铅合金中的元素比例,可改变合金材料各方面性能,本文的研究结果为制备高性能铜铅合金材料提供一定的理论指导.     

封面图片说明

<正>封面图片来自本期论文"晶粒度对多晶铜纳米压痕表面变形机理影响",是哈尔滨工业大学郭永博教授课题组制作完成的多晶铜纳米压痕的分子动力学仿真展示.该课题组采用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.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     

压痕位置对多晶铜纳米压痕变形机理的影响

为研究在纳米压痕过程中微观结构多晶铜力学特性及变形机理的影响机制,采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大尺度多晶铜分子动力学模型,针对多晶铜不同微观结构分别建立初始压痕位置位于晶粒、晶界面、三叉晶界、顶点团4类微观结构的纳米压痕模型,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种模型的纳米压痕力及原子的静应力与第三应力.采用中心对称参数法分析多晶铜表面及亚表面位错演化对纳米压痕过程的影响.结果表明:探针对4种微观结构的纳米压痕过程存在显著的规律性,纳米压痕力的增长速率、纳米压痕过程位错向邻近晶粒扩散的难度、纳米压痕后多晶铜亚表面位错分布范围、纳米压痕过程中低维数微观结构累积原子势能的难度等均满足降序关系:晶粒、晶界面、三叉晶界、顶点团;压痕位于高维数微观结构时,其相邻的微观结构呈拉应力;而压痕位于低维数微观结构时,其相邻的微观结构呈压应力.在多晶铜的纳米压痕过程中,为减少缺陷结构数量及其能量累积,降低材料的残余应力,应针对多晶铜的晶粒进行机械加工并避开顶点团、三叉晶界等微观结构.     

纳米切削多晶铜的分子动力学仿真研究

采用Voronoi方法建立了多晶铜切削模型,基于分子动力学方法实现了多晶铜纳米切削加工的二维分子动力学仿真。分别选用EAM势函数和Morse势函数来计算工件原子间以及工件原子和刀具原子间的相互作用。对切削过程和切削力的变化进行了分析,发现晶界会阻止位错向晶粒内部传播,在已加工区域表面,前一晶粒中的原子会随刀具运动到下一晶粒中形成晶界,切削过程中切削力随时间波动剧烈,并在晶界处会出现瞬时的峰值。     

延迟焦化装置焦炭塔适宜设计气速探讨

结合延迟焦化装置实际,利用工程中的物料输送模型计算了延迟焦化装置焦炭塔设计的最大允许气速并分析了影响设计气速的因素。同时提出:模型中修正系数最终确定应根据不同的原料并有大量的实验数据作为支撑,如果知道进行焦化反应的焦炭塔中焦粉和中间相液滴的粒度分布,就可应用微分方法计算出焦炭塔气速和焦粉夹带量的关系。运用该模型分析和计算焦炭塔最大允许气速对焦炭塔的工艺设计具有一定的现实意义。