GH742合金中γ′相粗化动力学研究

采用场发射扫描电镜观察和定量金相分析等方法,研究了GH742合金在900,950,1050℃时效时,基体中γ′相的粗化规律。结果表明:合金在一定温度时效时,基体中初期析出的高密度细小γ′相随时效时间延长逐渐长大为低密度粗大γ′相,即发生Ostwald熟化;在1050℃时效2880min后γ′相形貌出现方化并沿一定方向排列;合金在时效过程中γ′相长大规律符合传统的LSW理论,并且随时效温度增高,γ′相粗化速率增加;用作图法得出了GH742合金中γ′相粗化激活能为(289.53±1.48)kJ/mol,这同Al,Ti等元素在Ni中的扩散激活能相当,说明GH742合金中γ′相的长大粗化主要由Al,Ti等元素在Ni基体中的扩散所控制。

7055铝合金晶界η相回归阶段的粗化动力学

采用透射电镜、拉伸试验、剥落腐蚀试验等手段,研究7055铝合金在回归时效阶段的晶界η相形貌、尺寸、间距及其粗化动力学行为,以及对最终材料性能的影响。结果表明:随着回归温度的升高或回归时间的延长,晶界η相不断粗化,间距也不断增大;且回归温度越高,晶界η相粗化速率越快。在本实验条件下,该合金晶界η相的粗化激活能Q=1.13 eV,据此建立晶界相粗化动力学模型。

二次硬化合金钢中多组元强化相M_2C碳化物的粗化动力学研究

高Co—Ni超高强度合金钢在482℃等温回火处理,首先析出渗碳体,回火30 min后,针状合金碳化物M_2C以共格方式从基体α-Fe中析出,回火时间延长到10 h以上,M_2C仍与基体间保持良好的共格关系。该共格关系会随过时效而失去,高分辨电镜观察表明,M_2C的尺寸r和回火时间t接近r^2∝t关系,明显偏离扩散控制的三次方关系的经典LSW粗化理论,对相近的合金钢材料有关M_2C析出动力学实验数据进行分析得到相似的结论。这不仅和第二相碳化物的形态有关,还与多组元扩散的体系相关,表明经典理论不完全适合多组分的碳化物粗化行为。从经典扩散理论出发,考虑针状沉淀相多元扩散问题,得到的针状相粒子粗化方程与实验结果吻合。

20Cr11MoVNbNB 钢高温蠕变过程中沉淀相的粗化动力学

对２０Ｃｒ１１ＭｏＶＮｂＮＢ钢５５０℃、６５０℃蠕变过程中的沉淀相研究表明：Ｍ２３Ｃ６和ＭＣ型碳化物是该钢的主要沉淀相；Ｍ２３Ｃ６和ＭＣ的粗化均符合Ｄ－ｔ１／４线性规律、受体扩散和位错扩散综合控制；Ｍ２３Ｃ６的粗化速率比ＭＣ的大。

基于粗粒化分子动力学的自支撑石墨烯镜面屈曲研究

在扫描隧道显微镜的观测中发现了自支撑石墨烯膜镜面屈曲这一独特现象,目前尚少有研究人员对其进行系统性的研究.对于这种面外变形行为,不论是在实验观测,还是在能量收集系统这种潜在的应用形式中,石墨烯的尺寸都需要达到微米级.先前的研究表明,传统分子动力学适用于纳米尺度石墨烯的计算与分析,由于其计算方法的限制,在处理微米级模型时容易出现计算效率低、耗时长等问题.为了研究微米级尺寸石墨烯膜镜面屈曲现象,本文使用粗粒化分子动力学方法,首先验证该方法的适用性,然后分别施加不同大小的机械载荷和温度载荷在扇形截面不同高跨比的石墨烯膜上以分析各因素带来的影响.计算结果表明机械载荷作用下各个高跨比石墨烯均可以发生镜面屈曲现象,且临界载荷随高跨比的增大而增大;温度载荷作用下,高跨比较小的石墨烯能够发生完全翻转现象,大高跨比情况下温度升高使中心高度下降,但完全翻转较难发生.研究分析各因素对于石墨烯镜面屈曲现象的影响,可以加深对这一特殊现象了解的同时,为能量收集系统的设计提供理论指导.

三维相场法模拟弹性能作用下Ni基合金γ′相颗粒的粗化动力学

基于三维相场模型,研究了弹性能对γ′相颗粒形貌、取向和多颗粒合并行为的影响,以及沉淀相体积分数对γ′相颗粒数目、平均尺寸和尺寸分布的影响。结果表明:弹性能作用下γ′颗粒形貌为立方体形或者长方体形,且沿<100>弹性软方向分布。弹性能对同相多颗粒合并行为的影响主要取决于与颗粒分布、尺寸及畴界间距等有关的弹性交互作用。随着沉淀相体积分数的增加,颗粒数目先增加至最大值后减少,颗粒平均尺寸逐渐增加。

相场法模拟弹性应变能对Ti-Al-Nb合金α_2→O相变粗化动力学的影响

采用相场方法模拟了Ti-Al-Nb合金α2→O相转变,探讨了有无外力场作用下弹性应变能对O相颗粒形貌、取向、数目、体积分数及平均尺寸的影响.结果表明:在弹性应变能作用下,颗粒形貌为长方块状,且沿弹性软方向分布;无外力场时,弹性应变能越大,沉淀相越易形核,稳定时颗粒数目越多,体积分数及平均尺寸越小;在外力场作用下,取向有利的变体优先长大,取向不利的变体长大受到抑制;在较小压应力作用下,沉淀相易于形核,稳定时颗粒数目增多,体积分数减小;在拉应力或较大压应力作用下,应力越大,越难于形核,稳定时颗粒数目越少,体积分数越大.

Co-Ti合金中γ相粗化动力学的实验研究和相场模拟（英文）

本研究结合实验和相场法研究了反相Co-19.7Ti合金中无序γ析出相的组织演变和粗化行为。实验和模拟结果皆表明γ相的形貌随时效时间增加由近球形转变成条状。γ相平均粒径的粗化动力学遵循r^3=kt,可获得如下■texp[-349890RT]。γ相平均粒径随时效时间的变化分为两个阶段,阶段I增长快速而阶段II增长速度减缓。时效温度由700℃增至750℃,γ相粒径分布的峰值变大以及粒径分布的宽度变窄,模拟结果与实验结果取得良好的一致性。

用粗粒化分子动力学方法研究蜂毒素与磷脂双分子层的相互作用

为了了解蜂毒素的生物活性机理,采用粗粒化分子动力学模拟方法研究了蜂毒素在水环境中的性质以及与多种磷脂双分子层膜的相互作用.结果表明:无论是在水环境还是在磷脂双分子层中,蜂毒素都能形成聚集体.在每个聚集体中,蜂毒素分子之间的相对位置不断变化,会在蜂毒素分子之间形成无特定形状的空隙,从而在膜内产生暂时的孔洞或者跨膜通道.蜂毒素分子的N端和C端带正电荷的残基与磷脂膜带负电荷的磷脂头之间的静电相互作用是蜂毒素发挥功能的关键因素.

双酚A-聚碳酸酯湿热老化链内/链端水解反应机理的粗粒化分子动力学-动力学蒙特卡洛模拟

提出了用粗粒化分子动力学与动力学蒙特卡洛相结合的模拟方法(C-K方法),在较大空间和时间尺度下研究了不同初始聚合度及水含量的聚碳酸酯(PC)的湿热老化规律及链内/链端水解分子机理。发现在多数条件下PC的水解反应主要发生在链内,且链内水解位置多位于距链端2~20聚合度处,这可能与链内反应位点远多于链端有关。降低PC的初始聚合度使得老化前期链端水解比例上升,在一定范围内降低PC的水含量则对链端/链内水解机理影响不大。

刚柔嵌段共聚物力学和生热性能的分子动力学模拟研究

由刚性链和柔性链组成的刚柔嵌段共聚物具有优异的性能,在各行各业得到广泛应用。利用分子动力学方法探究了这类聚合物中刚性强度、含量、刚性段分布对材料力学强度和生热性能的影响。研究发现,刚性强度和刚性嵌段含量增加均会导致材料力学强度提高和生热性能变差,但当刚性嵌段含量一定时,通过调控刚性段嵌段分布可以获得力学性能优异、滞后生热损失低的材料。在此基础上,探究了支化和交联的影响,研究结果表明,分子链支化和柔性嵌段交联能够改善材料力学性能。

沥青体系的分子动力学研究进展及展望

随着我国道路工程的飞速发展,沥青混凝土在路面工程中有越来越广泛的应用。近年来,沥青材料的研究已不仅局限于宏观性能试验,还拓展到介观与微观层面对沥青材料进行多尺度研究。分子动力学方法属于微观研究方法的一种,它是通过积分算法模拟研究对象在不同条件下的分子运动轨迹与体系能量变化,并分析模拟数据得出结论。该方法已被广泛应用于分子尺度下路面沥青材料设计与微观机理研究,其优势在于从分子运动的角度解释沥青体系的各种现象与性质。因此,许多学者采用宏观试验和分子动力学模拟相结合的多尺度方法研究沥青体系,这将推动沥青材料的进一步发展。本文对沥青体系的分子动力学进行了全面的分析,构建了沥青体系分子动力学模型的一般平衡步骤,提出采用密度、玻璃态转变温度、黏度、溶解度参数等对沥青体系分子动力学模型的有效性进行验证。综合分析了分子动力学方法对沥青纳米聚集、自修复、改性、老化、界面黏附等行为机理的研究进展,提出采用耗散粒子动力学与粗粒化分子动力学对现阶段沥青体系分子动力学的研究尺度进行扩展。研究结果表明,沥青类材料的分子动力学方法还处于早期探索阶段,但其发展潜力极大,利用分子动力学方法研究沥青体系各组分分子的动力学行为,可揭示常规试验无法观察到的分子含时运动规律,预测沥青材料的宏观性能并针对沥青的分子结构提出其路用性能改善措施,从分子尺度上推动沥青路面多尺度试验仿真方法的发展与完善,为沥青材料基因组的开发研究奠定基础。

减阻用表面活性剂溶液分子动力学模拟研究进展

减阻用表面活性剂在能源动力及化工领域有着广泛应用,在管道流体中加入少量表面活性剂可以使流动阻力大大降低从而节约能源,对于表面活性剂减阻机理的讨论也是近些年学者关注的热点之一.本文不仅对课题组前些年在表面活性剂溶液流变性、湍流减阻、减阻与传热的相关性、布朗动力学模拟方面的工作进行了概述,而且详细介绍了近三年来在表面活性剂粗粒化分子动力学模拟方面的研究成果.粗粒化模拟是近年来发展起来的方法,目前已广泛应用于化学、生物等诸多领域.在粗粒化分子动力学模拟方面的工作包括:表面活性剂溶液的流变性能与微观结构、表面活性剂溶液湍流减阻机理研究、湍流减阻失效分析三个部分.通过对表面活性剂溶液分子动力学模拟研究进展的回顾,作者认为,利用粗粒化分子动力学模拟方法可以合理揭示表面活性剂胶束的结构与流变性的对应关系,对胶束的断裂与再连接能力进行多维度的评价,如胶束的拉伸能、断裂能、最大拉伸长度、结合能、ζ电势、疏水基驱动作用等方面.并对"黏弹说"减阻机理进行分子模拟层面的验证,对实际应用中的湍流减阻失效原理进行初步分析.最后,根据对近几年分子动力学模拟工作的总结,展望了未来粗粒化分子动力学模拟在表面活性剂方面的研究方向.

固体力学跨尺度计算若干问题研究

本文展示了固体力学领域跨尺度计算的若干问题和研究概况。(1)建立位错动力学与有限元耦合DDD-FEM的计算模型,实现了能够基于纳米尺度离散位错运动机制计算分析连续介质有限变形晶体塑性问题,提出微纳尺度(200 nm~10μm)晶体塑性流动应力解析公式,结合试验数据揭示了在无应变梯度下强度和变形的尺寸效应;(2)建立具有微相分离结构的纳米尺度粗粒化分子动力学模型CG-MD,计算获得聚脲材料在时域和频域下的存储模量和损耗模量,通过动态加载分析的DMA试验和超声波试验的数据验证,解决了连续介质尺度下微相分离高分子共聚物的设计难题;(3)通过数据驱动关联高分辨率的微米尺度CT影像和临床低分辨率的毫米尺度CT影像的特征值,建立了围关节松质骨小梁的等效模量和结构张量,为骨组织增材制造点阵结构设计和实现个性化骨缺损重建奠定了基础。

纳米压印抗蚀剂变形行为的分子动力学计算

为了提高纳米压印的成型质量,采用粗粒化分子动力学方法,研究纳米压印中抗蚀剂的变形行为。计算模型包括线宽结构的硅模具,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物薄膜以及硅基板。模型的x,y方向采用周期性边界条件,z方向采用非周期性边界条件。分析不同压印条件下,模具所需要的压印力及不同区域抗蚀剂密度的变化。结果表明,随着模具槽宽的增大,压印温度的上升,在下压过程中所需要的压印力逐渐减小;在脱模初始阶段,模具和抗蚀剂之间的相互作用力出现阶跃式的递减;下压阶段,抗蚀剂局部密度增加;脱模阶段,抗蚀剂出现回弹现象。

Re对γ′相粗化行为的影响

研究了三种不同Re含量 (wt % )的新型单晶高温合金 (DD6 + 0Re合金 ,DD6 + 1Re合金 ,DD6 + 2Re合金 )在 110 0℃下的γ′粗化动力学。结果表明 ,Re可以有效地阻碍γ′相的粗化 ,提高γ′相的粗化激活能 。

粗粒化分子动力学在药物载体材料中的研究进展

分子模拟作为传统计算机模拟经典技术之一,可以直观地展示和量化分子结构,从微观分子水平解释实验现象。而当模拟体系增大时,计算量也会增加,对模拟系统造成很大的负担。粗粒化分子动力学属于介观尺度分子模拟的一种方法,能够简化分子结构,提高计算效率,所以在模拟药物载体材料等大分子体系时常选用粗粒化分子动力学。本文综述了近年来国内外利用粗粒化分子动力学模拟药物载体的研究成果,为未来药物制剂研究提供参考,以期促使药物研究更快地进入精准药物设计时代。

粗粒化模型中的Gay-Berne相互作用势

合理描述非球形粗粒化粒子间的相互作用是提高粗粒化分子动力学模拟速度的关键.为此本文介绍了Gay-Berne势.将之应用于两种有机小分子体系,在合理选择构象集后,由遗传算法得到了粗粒化粒子的GB参数,并通过对粗粒化模型和全原子模型得到的范德瓦耳斯相互作用的对比检验了GB力场参数.最后,指出如何处理作用位点是粗粒化模型发展的一个关键问题.

粗粒化自由能模拟研究ABC输出蛋白质构象态转变

本文应用了粗粒化分子动力学方法模拟计算了ATP结合盒式输出蛋白沿其构象转变途径反应坐标的平均力势,这个反应坐标被定义为内门和外门质量中心距离之差.计算得到的平均力势能很好地描述不同的向内构象态、向外构象态和阻塞构象状态,以及它们之间的转变.粗粒化分子动力学自由能模拟显示,在向内构象态到向外构象态转变过程中,内门在外门打开之前先行关闭;反之,在向外构象态到向内构象态转变过程中,外门在内门大开之前先行关闭.因此,在向内构象态和向外构象态两种转变过程中,都经过了阻塞构象状态.模拟结果揭示了ATP结合盒式输出蛋白的传输单向性,这种特性在生命体系功能实现中具有十分重要的意义.这些结果与先前晶体结构实验[Proc.Natl.Acad.Sci.USA 104,19005(2007)]发现有根本的不同,这些实验结果显示了内外门同时打开的不合理结果.本文通过计算模拟阐明了ABC输出蛋白构象态变化的分子机理.

基于KKS模型Ni-Al合金γ'相粗化行为的三维相场研究

基于CALPHAD热力学数据,采用KKS相场模型模拟了Ni-Al高温合金γ'相的三维析出行为。结果表明,γ'相粗化行为符合LSW理论结果,粗化动力学指数为3,粗化速率常数K=23.4 nm^3/h,γ'相的体积分数为32%。弹性畸变能和有序畴的作用导致了γ'相颗粒的条状形貌和规则排列。