考虑接触界面材料微观结构与势能参数的滑动摩擦计算研究

根据独立振子模型的能量耗散机理,提出了在无磨损界面摩擦中,利用通用界面粘附能量函数计算滑动时接触界面势能的变化从而计算摩擦力和摩擦系数的方法,建立摩擦力和摩擦系数与金属材料表面能与微观结构参数的关系,并利用已有的实验数据进行计算.结果表明,摩擦力与金属材料的表面能基本呈线性关系,与比例参数呈线性负相关关系,与晶格常数基本无关.计算结果与粘附理论公式以及超高真空原子力显微镜试验结果吻合较好.

电子断层三维重构技术在材料微观结构分析中的应用

电子断层三维重构技术是在透射电镜基础上发展起来的,用以解析材料三维结构的一种技术。本文以美国FEI公司Tecnai G^2 F20透射电镜三维重构系统——Xplore 3D系统为例,探讨了样品制备与取向的选择、样品漂移问题的成因与校正、降低缺失锲存在造成的模型失真及空间分辨率的提高等问题,从以上四个方面详细介绍电子断层三维重构技术的要点及在材料微观结构方面的应用经验。

微切削加工中材料微观结构效应的有限元分析

为了研究材料微观组织结构对微切削加工中尺寸效应的影响,建立了一种基于材料微结构特征的正交切削有限元模型,工件采用非均质材料模型。仿真结果表明:当材料微观组织结构一定时,不同的加工尺度下产生不同的切屑形态;当切削厚度从上百微米下降到几个微米时,切屑由连续状向准静态挤压状转换,切削厚度越接近最小金相颗粒的尺寸,挤压状切屑越明显;在应力分布图上可看出,加工中最大的应力不仅出现在刀刃周围,还出现在异相颗粒之间的晶界处,说明多相材料在微尺度加工下微观结构效应显著。

计算机辅助分析3D打印金属材料微观结构

激光熔覆3D打印金属材料的微观结构,决定着其机械性能。人工测量微观结构特征,效率低下并且重复性差。为解决这一问题,本文提出了一套新的二维微观结构分析自动化技术,改进和优化传统图像处理算法,用计算机辅助分析其微观结构。熔覆横截面微观结构图像质量差,有明暗不均甚至晶界线断开等现象,本文根据其图像特性,用局部自适应双阈值方法去除黑洞干扰;用骨架方法确定晶界线连接点;用积分图方法实现指向性广度优先搜索寻找被连接点;最后通过最小包围盒得到相关尺寸参数,并利用图像中心矩分析晶粒宏观方向性。实验证明,所提出的技术对于各种模糊的激光熔覆3D打印金属材料微观结构自动化量化分析是有效的。

能源材料微观结构同步辐射与中子原位表征装置与技术

能源是经济社会发展的重要基础和动力,能源材料是能源的载体,无论是常规能源材料(煤炭、油气等),还是新能源材料(燃料电池、核燃料元件等),其内部存在复杂的微观结构,如何更为精确地捕捉能源材料内部微观结构、获取不同物理场作用下能源材料内部微结构拓扑形貌演化特征及流体在能源材料内部运移可视化一直是能源材料研究的热点.

车削表面及微观结构影响小裂纹形核扩展概率模型

车削试件疲劳行为受表面状态及材料微观结构影响显著。为提高对车削件初始寿命及分散性的预测精度,将车削表面粗糙度、残余应力及材料微观结构作为输入参数,提出综合考虑以上因素影响的随机小裂纹形核扩展概率模型。针对高温合金X材料,在开展试验的数据基础上,识别刀痕深度、残余应力及晶粒尺度随机分布参数,并建模,进而识别了晶体塑性本构、小裂纹形核及扩展模型参数。对高温合金X盘坯不同晶区取样等直棒试件宏观裂纹的萌生过程仿真结果表明:当前模型各晶区仿真寿命抽样分布±2σ区间全覆盖相应试验寿命,且寿命均值在试验寿命均值1.1倍分散带内。此外,模型仿真的萌生裂纹宏观形貌与试验观测断口形貌相仿。

新型C/C-TaC复合材料的微观结构及其力学性能

采用化学气相渗透(CVI)法和热固性树脂浸渍-炭化法复合工艺制备含5%TaC的新型C/C-TaC复合材料,并对复合材料的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:C/C-TaC复合材料中TaC以涂层形式均匀致密地包覆在炭纤维周围,形成管状微观结构,大大提高C/C-TaC复合材料试样的平均强度和韧性。复合材料试样平均抗弯强度达到270 MPa,比C/C复合材料的提高近70%;最大断裂位移达到1.2 mm,比C/C复合材料的提高近140%,表现为良好的假塑性断裂。

材料微观结构与力学性能研究

材料和构件的断裂给国民经济建设带来巨大的破坏,许多灾难性的事故造成严重的经济损失。针对材料断裂问题而开展的“材料微观结构与力学性能研究”,“六五”期间,取得科研成果36项,获奖7项。按已完成鉴定的17项成果估算,可增收节支4000万元以上。中科院金属所和鞍山钢铁公司完成的“耐压钢中白点形成规律与消除白点新工艺研究”,采用终轧快冷等温退火处理工艺,不仅消除钢中白点,提高了产品质量,还缩短了处理周期。

材料微观组织结构资源库与网络平台建设

本文针对学生不熟悉常见材料微观组织结构、不能较好的运用现代分析检测设备研究材料微观组织结构的现状,探讨了材料微观组织结构资源库与网络平台建设的方法。

多晶体材料微观组织结构的计算机重构

介绍了用于多晶体材料微观组织结构重构的程序的算法。程序依据多晶体材料的电子背散射衍射(EBSD)分析所得数据,完成了多晶体材料微观组织结构的计算机重构,实现了多晶体材料微观组织的可视化,为采用数值化技术对多晶体材料微观组织结构进行定量分析创造了条件。

多晶体材料二维微观组织结构的计算机重构

介绍了用于多晶体材料微观组织结构重构的软件MSCopier(二维版)的设计思想.该软件能够对多晶体材料各个晶粒的几何形状进行识别,并运用了多边形裁剪算法,可将实际晶粒的几何形状处理成对应的凸多边形,完成了多晶体材料的微观组织结构的计算机重构,实现了多晶体材料微观组织的可视化,成功地实现了多晶体材料二维微观组织结构的计算机重构,为采用数值化技术对多晶体集合进行定量分析创造了条件.

为纳米制造技术创造条件：英开发出新型亚微观结构材料

英国苏塞克斯大学享利·库鲁图和大卫·沃尔顿领导的科研小组开发出了一系列新型纳米级空心管和实心线等亚微观结构材料，这些材料可用于制造纳米技术研究用的亚微观器件。

二维多晶体材料微结构的力学响应计算

为了研究二维多晶体材料微结构细观尺度的力学性能和失效行为,将材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材料微观组织结构的代表性体积单元(RVE)上。利用已开发的材料微观组织结构仿真软件Pro-Design构造出二维多晶体材料微结构模型,采用C程序设计和Python脚本语言混合编程的方法,开发出用于材料微结构有限元网格划分与细观应力响应计算的软件AutoRVE,这对评估微裂纹的启裂、扩展,预测复合材料微结构材料损伤后的材料性能,推演微结构"虚拟失效"行为具有指导意义。

三维多晶体材料微结构的力学响应计算

材料微结构细观力学响应的数值计算对于识别"材料结构弱点",评估微裂纹的启裂、扩展,预测微结构材料损伤后的材料性能,推演"微结构虚拟失效"行为具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出三维多晶体材料微结构的代表性体积单元,通过C语言程序设计、Python脚本语言混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,从而有效地实现三维多晶体材料微结构的细观应力响应计算.

二维复合材料微结构的力学响应计算

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的"性能导向型"设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义。利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现二维复合材料微结构的细观应力响应计算。

晶体学取向对多晶体材料微结构力学行为的影响

现代材料设计和制备,对材料性能的要求愈来愈高,对寿命估测准确程度的要求也日益严格。基于材料细观尺度层次的性能预测并以此控制材料的宏观性能,是解决这一问题的一个有效途径。利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出三维多晶体材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于多晶体材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,自主开发软件AutoORI对其生成的INP文件进行一系列修改实现晶体学取向的自动替换从而预测其晶体学取向对其微结构力学行为的影响。

原位电子显微学方法在材料研究中的应用

透射电子显微镜具有亚埃的空间分辨率,与各类原位手段相结合,已成为研究材料构效关系最有用的工具之一。它不仅可以在原子尺度上直接观察原子排列的动态演变过程,还可以进行原位充放电、升降温、拉伸、光场磁场、气体和液体环境等调控,极大推动了对材料性能物理机制的深入探索。本文简单介绍了几种常用的原位电子显微学方法,包括原位电学、原位热学、原位力学、原位磁学以及原位电子束辐照,对其在材料科学研究中的应用进行了简单综述,并对原位电子显微学方法前沿进行了展望。

虚拟材料技术与材料虚拟实验

提出重新认识材料微观组织结构的思路与必要性,重点介绍已开发的"数字材料"技术与"数值材料"技术以及相关的计算机软件,为今后这一研究领域的技术发展指出了努力的方向.

让“纳米”更稳定——记北京工业大学材料科学与工程学院金属纳米材料团队

纳米金属、纳米陶瓷、纳米器件、纳米布料……一系列与＂纳米＂相关的新材料新产品不断诞生,大众对于＂纳米＂一词已不感陌生,但知晓其背后故事的人却并不多见。许多人知道＂纳米＂是一个非常小的长度单位,然而随着纳米科技的飞速发展,科学家们对材料微观结构的认识已经推进到了纳米和小于纳米的层次。从实验室制备出某种新型纳米材料到生产出市场上供消费者使用的纳米新产品,是一个并不容易且可能相当漫长的过程。其中一个重要原因就是,纳米材料制备出来后,在其后续加工、处理、使用等过程中,非常容易发生微观组织稳定性或相结构稳定性降低的情况,