高熵合金动态载荷下变形机制的研究进展

因具有一系列特殊的结构和性能,高熵合金在短短十几年间就从一种新型的合金设计理念成为了高性能结构材料的明日之星.近年来,研究者们相继开展了高熵合金的动态力学行为和变形机制的研究,旨在推进高熵合金的实用化进程、夯实高熵合金动态力学行为的理论基础并进一步丰富高熵合金的内涵.本文综述了高熵合金动态变形机制的研究进展,对高熵合金在动态载荷下的位错运动、孪生变形、应变诱发相变以及绝热剪切效应进行了总结和分析.在此基础上,本文认为高熵合金在动态载荷下的变形机制与其在准静态载荷下的变形机制之间,既有相互关联的相似性,又有值得关注的差异性.具体而言,动态变形由位错运动主导的高熵合金,因受到热激活机制、拖曳机制和位错间强相互作用的影响,而具有显著的应变率效应、应变敏感性和强应变硬化能力.其中,动态载荷下的位错运动会受到晶格畸变、短程有序、第二相等一系列微结构的影响.此外,层错能较低的面心立方型高熵合金的动态变形过程、亚稳高熵合金的动态变形过程以及难熔高熵合金的动态力学行为,还会分别受到孪生变形、应变诱发相变效应以及热效应和变形局域化引发的绝热剪切效应的显著影响.     

高熵合金含能结构材料的潜力与挑战

针对高强含能结构材料的发展现状和存在的问题,对高熵合金的特点、静态力学行为和动态力学行为的研究现状进行了总结和分析,从理论和实验两方面论述了高熵合金作为高强含能结构材料的设想、潜力和挑战.综述发现,高熵合金具有"成分设计自由"、"晶体结构简单且具有强畸变"、"强度和硬度高"等基本特点,同时高熵合金的静态力学行为和动态力学行为可以在很宽的范围内进行调节,调节方式包括工艺调整和成分设计等.以上特点表明高熵合金在可加工性、高强度和可快速氧化释能等方面具有成为高强含能结构材料的潜在优势.已有的实验结果也证实了高熵合金含能结构材料的应用潜力.提出了高熵合金含能结构材料研究面临的挑战和未来研究需要关注的重点,包括高通量实验和模拟、动态力学行为研究和大尺寸样件制备等.     

基于滑膜控制的气压驱动系统鲁棒性研究

在单缸膜片式气压驱动系统中,由于气压的可压缩性以及易受外界各种干扰因素的影响,使其成为时变的高度非线性系统,导致系统的动力学行为不够准确,而常规的PID控制器无法克服这些因素带来的影响.为寻求一种较为有效的控制策略,用正交函数为基底的函数近似法来代替系统动态模型中的未知函数,并设计了一种适应性滑动模态控制器来针对气压驱动系统进行轨迹控制.研究中利用Lyapunov稳定法则来确保控制系统在受控过程中的稳定性,并由此获得系统控制参数的更新律.结果表明:使用以函数近似法为基础的适应性滑动模态控制器,在单缸膜片式气压驱动系统中具有较好的控制效果,对外部的扰动和参数不确定性具有较强的鲁棒性,能适应较大的负载变化,在变结构控制中具有较大的优越性.     

相溶解协同提升高熵合金的强度和塑性（英文）

热处理是金属材料热机械加工的常用手段.随着热处理温度的升高而湮灭的缺陷通常导致材料的塑性提升而强度降低.本研究中,我们通过提高热处理温度促进相溶解而协同提升了TiZrNbTa高熵合金的强度和塑性.当热处理温度从800提升至1250°C,合金的拉伸屈服强度提高了40%,达到1003±16 MPa.同时,合金的伸长率增加了近一倍,达到16.79%±1.03%.热处理温度提升引起的相溶解加剧了晶格畸变,从而增强了晶格摩擦应力并提升了屈服强度.相溶解也降低了界面失配并缓解了应力集中.此外, 1250°C热处理合金中的局部化学有序结构促进了位错共平面滑移和位错增殖.两种机制共同提升了合金的塑性.该研究不仅扩展了关于金属材料中热处理和相溶解的理解,而且也为合金的强韧化设计提供了思路.     

基于时频分析的阶次谱在齿轮故障诊断中的应用研究

对于变转速状态下的机械设备,所产生的信号大部分为非稳态信号.使用频谱分析其信号特征时,会随分析时间长度的变化而变化,无法突显重要的信号特征,导致在故障诊断或辨识上的困难.为了改善此缺点,提出时频阶次谱的分析方法,此方法结合短时傅立叶转换与转速频率阶次,拾取非稳态信号的阶次特征,再结合主成份分析法进行降维,将提取的时频阶次谱主成份输入BP神经网络中,进行齿轮-转子实验平台在非稳态运转下的故障诊断.研究结果表明:此种信号特征不因转速变化而改变,可有效作为机械设备在非稳态状态运转下的故障辨识,其辨识正确率可由93.8％提高至98.9％以上;训练速度由196 s加快至139 s,提高了29％,能达到快速故障诊断的效果.     

基于动态矩阵控制算法的室内温度控制研究

提出基于动态矩阵控制算法(DMC算法)的室内温度控制方法。将DMC算法联合TRNSYS软件建立散热器室内供暖系统仿真模型,对室内温度控制效果影响因素(用户调节阀流量特性、供暖时期、供水温度)进行分析。比较DMC算法、PID控制、预测-反馈预测控制对室内温度的控制效果。DMC算法具有比较强的鲁棒性。与PID控制相比,DMC算法对室内温度的控制效果更佳。预测-反馈预测控制对室内温度的控制效果略优于DMC算法,但效果有限。     

NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为

采用循环氧化考核法以及借助XRD、SEM等技术对电弧熔炼制备的NbZrTiTa高熵合金的高温氧化行为进行了研究。结果表明:NbZrTiTa高熵合金在1000～1400℃温度范围内的氧化速率常数和氧化激活能分别达到1.1×10~(-7)～1.0×10~(-6) g~2·cm~(-4)·s~(-1)和97 kJ/mol。NbZrTiTa高熵合金的氧化反应类型为内氧化。高温氧化过程中,氧元素沿具有强晶格畸变和大量位错的富TiZr区扩散,并与金属组元发生反应依次生成不饱和氧化物和饱和氧化物。在组元的高活性以及严重的晶格畸变的共同作用下,NbZrTiTa高熵合金具有极高的氧化活性,展现出了较强的作为结构释能材料的应用潜力。     

铱的合金化改性研究现状

铱具有极高的熔点、优异的高温强度以及极佳的抗氧渗透性能,通过合金化改性得到的二元铱合金的综合性能较纯铱已有显著提升。不同二元铱合金体系具有突出的高温抗氧化性能、高温力学性能或抗电弧烧损性能,被应用于高温抗氧化材料、高温结构材料、贵金属电接触材料等领域。为进一步提升性能、降低成本,在二元铱合金基础上发展出的多元铱合金充分发挥出添加元素的晶粒细化强化、弥散强化、阻挡保护等作用,展现出令人满意的成果,极具发展潜力和可设计性。