高模量镁基材料实验和集成计算研究进展

镁合金由于低密度、高比强度、高阻尼以及良好的导热性等突出优点,广泛应用于航空航天领域,但其低弹性模量限制了其在大型薄壁构件中的可靠应用。本文针对如何提高镁基材料模量性能的问题,简介影响合金模量的主要因素,比较相关计算模型如等应力应变模型、混合定律、Halpin-Tsai模型以及两相复合材料模型的优缺点和适用范围,概括镁基材料模量性能研究的现状与进展,梳理镁基材料模量提升的两大途径以及性能提升机理。基于集成计算材料工程,提出了原子-晶格尺度类高模量铝合金开发和机器学习辅助优化实验设计的高强度高模量镁基材料集成开发策略。

面向高效固态制冷应用的铁电陶瓷材料

近10年来,基于电卡效应的铁电制冷技术成为铁电研究领域的新兴热点之一。电卡效应指通过施加或移去电场使铁电体等电介质材料产生绝热温变或等温熵变的物理现象。铁电制冷由于具有能量效率高、器件结构简单、易于小型化、操控便捷、成本低廉、环境友好等诸多优点,被认为是一种有巨大发展潜力的新型高效固态制冷技术。本文首先简要介绍了电卡效应的研究背景,回顾了其发展历程,之后以提升电卡性能的两大关键因素(即热释电系数和击穿场强)为主线,介绍了近年来不同体系、不同类型铁电材料电卡效应的典型研究成果,最后对电卡制冷研究与应用的发展进行了总结与展望。

超材料隐身理论应用于多物理场的研究进展

超材料指具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料,其物理性质不取决于其组成材料本身,而是由单元结构所决定。超材料对物理场具有超强操控能力,因此可以突破传统材料的物理极限,实现诸多新颖功能和重要应用。变换光学理论的提出及其在完美电磁隐身衣中的成功应用,大大拓展了超材料的研究范围,而且将超材料研究由电磁场调控推广到声、力、热、化学以及静电/静磁等其他多物理场,发展出一系列非电磁超材料,而隐身也作为最典型的物理场调控类型,受到广泛的研究。这些物理场往往具有相似的理论表达形式,但物理细节又各有特点,近些年超材料隐身用于多物理场的研究已经形成了一系列富有特色的研究方向。简要介绍了超材料的发展,阐述了超材料隐身的几种典型方法,还对超材料隐身在多物理场、尤其是非电磁物理场中的研究进展进行了综述介绍。

电磁搅拌对连铸结晶器内钢液流动的影响

为了研究电磁搅拌对连铸结晶器内钢液流动的作用效果,利用有限元数值模拟方法研究并探讨了不同电流频率、电流强度作用下的奥氏体不锈钢S30432小方坯连铸结晶器内磁感应强度、电磁力、流场以及流速的分布和变化情况。研究结果表明:电磁场的主要作用范围集中在电磁搅拌器内部区域,磁感应强度和电磁力随着电流强度的增加而增大,随着电流频率的增加先增大后减小,磁感应强度和电磁力的最大值分别出现在铸坯表面和近表面靠近磁轭的位置;电磁搅拌能够显著增强结晶器内钢液的纵向回流效果,有利于促进夹杂物浮回钢液表面,便于除气除渣净化钢液;电磁搅拌作用的施加,能够降低水口流入钢液的冲击深度,增强钢液在水平方向的流动,扩大钢液高流速区域,有利于钢液内部及表面的换热,从而,提高晶粒细化效果。

Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金异相界面结构及沉淀机制的微扩散相场法研究

基于单晶格点原子占位几率描述相变过程的微扩散相场模型,从原子尺度上研究了Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金的异相界面结构与相变过程中合金微观组织演化。结果表明:Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金沉淀初期有L_(12)和少量的DO_(22)、L_(10)有序相的析出,随着时效过程进行,形成L_(12)与DO_(22)相并存的状态;在时效过程中出现了4种异相界面结构;相变初期,以A类界面结构为主,随着有序相的生长与分解,A类界面结构数量减少而D类结构数量增多;沉淀过程中有序畴界为L_(12)相生长提供Al原子,最终合金平衡体系形成;沉淀过程中γ′相的沉淀机制是等成分有序化和失稳分解机制,θ相的沉淀机制为失稳分解机制;除此之外,Ni_(59)Al_(22)V_(19)中熵合金孕育期随温度升高而时效时间变久;Ni-Al第一近邻原子间相互作用势随长程序参数增加而升高且与温度成正比关系。

大型薄壁复杂铝合金舱体件低压铸造模拟对比分析

对NovaCAST、JSCAST和EasyCast 3种铸造模拟软件进行详细地介绍对比。利用3种软件对同一个大型薄壁复杂铝合金舱体件低压铸造过程进行模拟计算,对凝固过程和缺陷预测的模拟结果进行了对比分析。结果表明,3种软件的计算模型、边界条件及工艺参数设置以及缺陷预测判据等方面存在差异,但舱体铸件的凝固顺序和缺陷预测位置基本一致,说明3种铸造模拟软件均可很好预测大型薄壁复杂舱体件铸造过程的缺陷分布。