太湖冲击坑:沉积岩中冲击变质现象新证据

总结了15年环太湖及内部岛屿的研究的成果。太湖具有震裂锥、冲击变质角砾岩、石英岩的冲击变质现象(PDFs,PFs)和冲击熔融作用等冲击坑诊断性特征。构成冲击坑理想剖面的气化熔融带冲击变质带冲击变质角砾岩和裂隙带等要素完备,确证了太湖冲击坑的存在。依据冲击坑诊断性特征,编制了太湖冲击变质现象分布示意图。首次将太湖冲击坑从前人的卫星图像推测落实到了太湖湖区,为太湖冲击坑深入研究打下了坚实基础。根据太湖冲击变质现象的分布,可以将太湖湖区划分为两个冲击变质现象集中区和一个冲击溅射物分布带,称为两区一带。两区一带都在湖区的内部和边缘,集中分布于太湖的中部和南部,表明冲击坑应与太湖的形成、演化和发展有关。太湖冲击坑产于陆台边缘褶皱带,靶岩为沉积石灰岩和孔隙石英砂岩地区,为一冲击坑新类型,具有许多新的冲击变质现象和特征。文中提出了震裂锥的多样性、新特征和新类型;揭示了孔隙石英砂岩中冲击变质PDFs的新特征,粒间剪切摩擦局部熔融形成的硅酸玻璃和固化熔融包裹体等新现象,丰富和发展了沉积岩中冲击变质现象的新特征及有关理论。

基于有限元仿真的喷丸工艺参数对冲击坑形状和尺寸的影响

喷丸工艺是一种有效提高工件疲劳寿命和改善工件表面完整性的表面处理方法,被广泛应用于航空、航天、船舶、汽车等军民用领域。研究表明,弹丸冲击金属材料表面形成的冲击坑形状和尺寸与工件表面完整性有重要的对应关系,表面完整性是影响结构零部件工作质量、寿命和可靠性的重要因素。本文应用有限元分析的方法系统地研究了喷丸处理过程中的一些关键参数对形成的冲击坑形状和尺寸的影响,结果显示,弹丸速度、直径、材料、重复冲击次数对冲击坑的尺寸影响显著,同时,弹丸的屈服应力对冲击坑的形状影响显著,而弹丸与靶材之间的摩擦系数对冲击坑的形状和尺寸影响都较小。冲击坑直径比的饱和值为2.5,冲击坑深度比的饱和值为0.2。将冲击坑模拟结果与Nobuyuki等人用ANSYS软件所模拟的结果进行对比,结果吻合得较好。本文有限元模拟的结果,可用于对生产实际中喷丸工艺参数的优化,对新机研制中的飞机壁板等零件的喷丸成形工艺制定具有重要的指导意义。

太湖冲击坑溅射物的发现及其意义

太湖冲击成因说由来已久,但始终未成定论。近几年在太湖及周边湖泊的淤泥层中发现了许多形态各异的奇石,经多种方法测试研究,确定为太湖冲击坑的溅射物。根据成份,溅射物分为两大类。一类富铁质,以菱铁矿及其胶结的碎屑为主,包括微小球粒、棍状及各种形态的块状和片状体;另一类贫铁质,以方解石及其胶结的长英质碎屑为主,碎屑为锐角状的石英晶屑及少量粘土和长英质岩屑。溅射物的大小从厘米级块体到毫米级球粒,再至微米级尘粉都有。溅射物外形多具有旋转扭曲形态及熔壳特征,显示了熔融、塑性-半塑性特征。这些特征显示其成因经历了冲击震碎、熔融、挖掘抛射、空中飞行,最后溅落在冲击坑及其周围。溅射物的成分反映了太湖靶岩基岩岩性特征。太湖冲击坑溅射物的发现是继太湖诸岛石英砂岩中石英晶体的冲击变质微结构发现之后,又一重大突破。综合其它特征,可以确定太湖为一冲击坑。

论“太湖冲击坑溅射物”——来自太湖现代沉积物中铁质结核的证据

针对太湖发现由菱铁矿组成的"铁质溅射物"和"贫铁溅射物"是太湖形成于陨石冲击的观点,本文对这些实为铁质结核样品进行了详细的矿物学、地球化学和年代学测试。数据表明,这些样品是在太湖现代沉积淤泥层中形成的菱铁矿和褐铁矿结核。结核中含有大量水生植物碎片、植物蛋白石、细菌和少量动物壳体碎片。菱铁矿高温灼烧后全部变成赤铁矿,说明太湖地区不存在菱铁矿熔融状的高温相。菱铁矿14C测年结果表明各个样品形成于年代,不是瞬间形成的。δ13C数据指示为淡水无机碳来源,并非湖区碳酸盐岩直接来源。所谓的"贫铁溅射物"实际是黄土层的成岩钙结核。这些证据表明,太湖发现的这些结核是沉积成岩期的产物,并非冲击高温溅射熔融形成的溅射物。

苏州西山震裂锥:太湖冲击坑又一新证据

震裂锥已被公认为陨石冲击地球表面遗留的标志。研究及统计资料表明,震裂锥与陨石冲击形成的中、大型冲击坑有关。太湖西山震裂锥呈圆锥形,锥体表面有自锥顶向下辐射的锥纹,锥纹具有分叉的特征,这些特征与震裂锥的国际公认的定义和标准相符。此外,西山震裂锥还具有其特有的其他特征:碎裂岩化显著;气化—熔融现象发育;锥体表面具网状构造及波纹状、蜂窝状等多种气印。岩相学研究显示,震裂锥及含锥岩石中冲击变质现象明显,微页理(PDFs)、微裂隙(PFs)以及靶岩熔融现象发育。以上这些冲击变质的标志,可证明西山震裂锥是冲击成因,而非地表水风化淋溶石灰岩的喀斯特或风蚀成因的凤稜石。西山震裂锥的发现、太湖湖底冲击击变角砾岩"太湖石"的确定,为太湖冲击坑的研究增添了新的诊断性证据;加上早期研究确定的、冲击回落至太湖湖底淤泥层中的冲击溅射物,这些众多证据为确定"太湖冲击坑"或"太湖冲击事件"展示了美好前景。但是,要确定太湖冲击坑的具体位置、大小及构造模式等,尚需更多的深入研究。

“太湖属陨石冲击坑”又添新证

关于太湖的成因，学术界长期存在着泻湖说、堰塞湖说、构造沉降说和火山说等多种假说。

冲击坑、划痕对TB6钛合金高周疲劳性能的影响

通过在TB6钛合金标准试验件上预制冲击坑、划痕缺陷,获得拉伸及疲劳强度,并与无缺陷标准试验件进行对比。研究表明:TB6钛合金冲击坑试验件疲劳强度的平均值为592.0 MPa,其存活率90%,置信度95%的疲劳强度下极限为539.0 MPa,与无缺陷试验件相比疲劳强度下降了18%。划痕试验件疲劳强度的平均值为368.0 MPa,其存活率90%,置信度95%的疲劳强度的下极限为330.0 MPa,疲劳强度仅为无缺陷试验件的一半。通过对试验件断口进行宏微观组织观察,确定了断裂位置及断裂类型。通过本研究工作,得到了TB6钛合金冲击坑、划痕缺陷高周疲劳性能,可以为TB6钛合金零件损伤容限设计和安全寿命评估提供参考价值。

岩石材料冲击开坑行为研究

岩石材料的含孔隙、含水等细观特性对其宏观动力学性能有十分重要的影响,进而影响岩石材料的冲击开坑等动力学行为。采用实验研究和数值仿真分析相结合的方法,围绕含水岩石和干燥岩石的动态力学性能,研究岩石材料的冲击飞溅特性和成坑形态。基于高速破片发射平台,开展岩石材料的冲击开坑实验,分析对比含水岩石和干燥岩石在高速冲击下的开坑效应,以及冲击后成坑形态和喷溅效果。基于实验结果,进行了高速冲击开坑数值模拟研究。研究结果表明:在高速冲击开坑中,含水岩石的坑深小于干燥岩石,其形成的圆锥角度和喷溅速度均大于干燥岩石;岩石的细观特性可以很好地反映宏观力学响应,水的存在弱化了孔隙的作用,对岩石材料的动态力学性能有显著的影响。

激光冲击强化2024-T3铝合金的数值模拟与试验

表面冲击坑深度和残余应力大小是评价激光冲击强化效果的两个重要指标。采用数值模拟软件对激光冲击强化2024-T3铝合金进行了数值模拟,对模拟过程中的关键技术问题进行了处理,建立了有限元分析模型,并进行了试验验证。数值模拟的冲击坑深度和试验值相差为5.78%,模拟的表面残余压应力的最大值与试验所得的数值偏差为2.7%。

太湖冲击成因的几点质疑

太湖是中国第三大淡水湖,位于江苏省南部,浙江省北部。因其处于长江三角洲流域,文化经济繁荣,故其成因受到广泛关注。不同学者针对太湖成因提出过众多假说,其中包括构造成湖说(黄第藩等,1965)、潟湖成因说(严钦尚等,

超音速射流冲击260t转炉熔池界面行为研究

建立了260t转炉吹炼过程中的可压缩、非等温三维VOF模型。研究了多孔超音速射流与转炉熔池作用过程特征,阐明了射流与熔融钢水界面接触的轮廓变化。揭示了钢液喷溅机制,定量分析了冲击坑形态大小。结果表明,吹炼过程具有瞬时性,随着吹炼进行,气液界面逐渐失稳并发生喷溅,喷溅会以大块金属带和液滴两种形式共存。在2.2 m枪位53000 m^(3)/h的工况下,进行吹炼时形成的底部死区面积约为熔池底部面积的12%~15%,冲击坑直径占比熔池直径的55%左右,冲击坑深度占比熔池深度的30%左右。工业生产实践表明,过程枪位2.2 m,吹气量53000 m^(3)/h,吹氧15.2 min,氧耗47.7 m^(3)/t,脱磷率83.1%,钢铁料消耗降至1115 kg/t。

冲击角度对硬质颗粒冲击柔性靶板的影响

为了研究流体工业中不可避免的冲蚀磨损现象,采用模拟和实验双重方法,针对冲击磨损过程中杂质颗粒冲击角度变化这一重要影响因素,研究了颗粒运行轨迹的变化及靶体被切削表面磨损形貌的动态变化过程,对具体过程进行了Abaqus有限元模拟,通过硬质高速钢颗粒冲击柔性铝合金靶板实验加以验证。实验结果表明:不同入射角度下,颗粒冲击靶板后得到冲击、切削和犁割3种不同的冲击破坏模式;低冲击角度下,颗粒对靶板产生犁割作用,冲击范围广,产生的凹坑深度浅,形状为陨石坑样的密集小坑,对靶板的冲蚀破坏程度相对较弱。低角度下的斜切过程容易将材料从靶板上切除脱离,使靶板材料变薄;高角度下的斜切易将靶材堆积在冲击坑一侧,形成高度差,冲击角度35°是颗粒运动状态从斜切削变为犁割的分界角度。切屑脱离形成光滑冲击坑表面,其表面纹理呈波浪状,犁割状态下靶材表面形成大量不规则的陨石坑状波点,犁割对靶体产生的冲击破坏程度最小。上述结论对含杂质流体弯管弯折角度的研究具有重要意义。

传动系统用TC4钛合金的缺陷容限性能

航空材料的缺陷容限性能是航空产品结构设计的重要依据。以直升机传动系统用TC4钛合金作为对象,开展材料冲击和划痕两种预损伤条件下的缺陷容限性能研究。选取缺陷容限设计典型缺陷尺寸参数制备疲劳试样并开展高周疲劳S-N曲线测试,结果表明:缺陷显著降低TC4钛合金的疲劳极限值,在相同缺陷深度条件下,划痕缺陷的缺陷影响系数Kflaw值为2.29,显著高于冲击坑缺陷的Kflaw值1.75。通过对典型试件断口进行分析,获得划痕和冲击坑缺陷疲劳裂纹萌生和扩展规律。其中划痕缺陷失效以多源特征为主,萌生于划痕缺口根部;而冲击坑缺陷疲劳裂纹萌生特征随疲劳加载应力变化,高应力下呈现多源特征,裂纹萌生于缺口表面,低应力下裂纹萌生于缺口次表面位置。

生物岛-大学城沉管隧道灌砂试验及结果分析

基础灌砂是沉管隧道施工中的重要环节,通过试验模拟灌砂过程,寻找各参数之间的相互关系,对原设计灌砂配合比进行验证分析。单孔灌砂时,除4个角外,管节模型底部砂盘溢出,砂盘表面平坦密实;双孔灌砂时,先灌砂孔部位发展相对较好,砂盘扩展充分。不同配合比砂盘的发展有所不同,同等灌砂压力下含砂量越高,扩散半径越小。砂基础承载力和密实度完全满足设计要求,但砂盘密实度由于不同的配合比有所差别,砂盘边缘处与冲击坑边缘处密实度相对较低。

一种特殊的地貌现象——碟形洼地群及其成因的探索

使用 192 6年出版的五万分之一顺直地形图作历史地貌分析 ,在河北平原西部白洋淀流域地区发现有数量众多、形态奇特的地貌——碟形洼地。用计算机数字地形模拟 (DTM)方法对该洼地的个体形态和总体分布特征进行研究 ,并与国内外其他地区已报道的陨石雨冲击坑对照 ,判断白洋淀流域的碟形洼地群可能是分布在第四纪松散沉积物上的陨石冲击坑的遗迹。推测冲击可能发生在全新世中—晚期 ,洼地群是一次规模巨大的陨石雨冲击所形成的。

太湖现代沉积物中铁质结核特征:对太湖形成机制的探讨

太湖现代沉积物中发育大量各种形态的菱铁矿结核和褐铁矿结核。前者的矿物组成以菱铁矿为主,后者以针铁矿及纤铁矿为主,结核中混有陆源碎屑、黏土和大量各种水生植物碎片、细胞、花粉、植物蛋白石、少量动物介壳碎片以及大量细菌,表明铁质结核的形成与生物有关。菱铁矿结核形成于太湖现代沉积泥层较下部的封闭还原环境中,不同形状的菱铁矿结核的14C测年证明其形成于不同年代。褐铁矿结核形成于沉积泥层上部的氧化环境中,细菌起了关键作用。二者均为沉积成岩作用的产物。太湖的形成机制一直存在广泛争议,其中"陨石撞击说"最受关注。王鹤年等(2009)把前述的菱铁矿结核、褐铁矿结核、甚至黄土层中的钙结核当成"冲击坑溅射物",并将之作为太湖形成于陨石撞击的确凿证据。陨石撞击地球是一种近乎瞬间的冲击变质作用,其相应的特征产物有:柯石英、斯石英,矿物中的变形页理和撞击玻璃(撞击岩)。迄今为止,在太湖及周边地区还没有发现石英的高压矿物相。观察到的石英砂岩中的石英变形纹是较低应力作用的产物,在沉积岩中常见,与冲击变质作用无关。太湖湖底平坦,水深不超过3 m,沉积层仅厚2 m,与陨石撞击造成的陨石坑地形特征不符。从沉积学的角度来看太湖形成的"洪水淹没说"更有说服力,不仅符合沉积物特征和沉积物年龄,也有考古学遗迹和史料的佐证。

氧枪射流对转炉内钢液喷溅行为的影响研究

氧枪射流作用下的喷溅钢液对转炉炉衬的冲刷是造成炉衬耐火材料损蚀的重要原因。本文以200t顶底复吹转炉为原型,依据相似理论,在相似比为1:12的有机玻璃转炉模型中进行模拟实验,研究了氧枪射流工艺条件(枪位及顶吹气体流量)对钢液熔池冲击坑形貌的影响,采用试管收集法研究了喷溅液滴在转炉炉壁上的分布规律,分析了炉衬不同部位的物理冲刷情况。