核聚变装置偏滤器靶板材料选择与研究进展

可控热核聚变能是人类最理想的清洁能源之一,是解决人类能源和环境问题的根本途径。目前,可控热核聚变能的发展面临诸多挑战,偏滤器靶板作为磁约束核聚变装置中的重要部件,其设计和制造是维持等离子体放电、实现核聚变反应堆稳定运行亟需解决的关键问题之一。作为等离子体轰击最严重区域,偏滤器靶板经受着高能粒子流辐照和高热负荷冲击(10 MW·m^(-2)稳态负荷和20 MW·m^(-2)瞬态负荷),同时承担着磁约束聚变装置最主要的排热功能。因此,研发具有优异性能的靶板材料是推动核聚变能发展的关键一步。目前,金属铍、碳基材料以及钨基材料是主要的3种偏滤器靶板候选材料。基于国内外现有研究成果,论述了偏滤器靶板材料的选择与研究进展,对比分析了3种候选材料的优势以及存在的问题,以期为偏滤器靶板材料的选择、研发提供借鉴。

第二相成分改性硬质合金的研究进展

系统地论述了第二相成分改性硬质合金的研究进展,介绍了在碳化钨(WC)基硬质合金中添加第二相元素或化合物成分改性硬质合金的作用机理、改性剂种类及力学性能,并分析总结了掺杂第二相对硬质合金力学性能的提升机制。不同种类和含量的添加剂成分改性硬质合金作用效果不同,分类对比了不同添加剂和制备方法对硬质合金力学性能的影响,结果表明硬质合金的综合力学性能主要与晶粒细化程度和显微界面结构有关,添加的第二相能够与WC基体形成一定的配位结构,有效抑制WC晶粒生长,从而使合金性能获得提升。最后总结了当前第二相成分改性硬质合金的发展瓶颈和仍待解决的问题。

响应面法优化冷冻浓缩处理高盐染料化工废水研究

采用渐进冷冻浓缩法处理染料化工废水,在单因素试验的基础上,依据响应面分析法(RSM)的中心组合设计(BBD)原理,探究了冷却剂温度、搅拌速率和冷冻时间对盐和COD去除率的交互作用,并建立了多元线性回归预测模型。结果表明:在模型分析最佳试验条件(冷却剂温度为-7.7℃,搅拌速率为320 r/min,冷冻时间为55 min)下,盐和COD去除率的预测值分别为72.24%和72.18%。在上述最佳条件下试验测得的盐和COD去除率分别为70.40%和69.90%,与模型预测值的相对偏差均在5%以内,验证了回归模型的准确性和实用性。

3Z-Ⅰ型行星轮系传动效率研究

依据摩擦功理论,在考虑时变摩擦因数情况下,分别推导渐开线齿轮和微线段齿轮传动效率的计算公式,将其应用于3Z-Ⅰ型渐开线和微线段齿轮行星减速器中,对比渐开线齿轮和微线段齿轮的传动效率,并对不同转速、不同负载条件下两种行星轮系的传动效率进行实验验证.结果表明:在相同工况下,微线段齿轮的传动效率高于渐开线齿轮的传动效率,从而验证了微线段齿轮较于渐开线齿轮在传动效率方面的优势.

基于PEDOT:PSS电极的柔性透明IPMC材料研究

透明柔性功能材料对于现代机械电子器件的发展至关重要。本工作通过结合溶液浇铸法和滚涂法探索了Nafion/IL基体膜、PEDOT:PSS电极的透明IPMC材料制备工艺,研究了其力电特性及电致动性能规律,并针对主要的制备工艺参数进行了正交优化,对Nafion/IL基体膜厚度、每侧PEDOT:PSS电极滚涂量、浸泡在IL中的热压时间以及糙化程度的影响水平进行了深入分析。根据正交优化参数制备的透明IPMC具有良好的光学透明性、电化学特性以及力学特性。本工作制备的透明IPMC在5 V电压作用下最大尖端位移峰-峰值可达11.824 mm,且具有高频响应特性,有效响应频率高达100 Hz。本工作对丰富IPMC制备工艺方法、推动IPMC材料在透明柔性电子器件领域的应用具有重要意义。

钢轨道岔跟端成形工艺及装备研究

随着铁路运输的发展,重轨应用越来越广泛,道岔钢轨跟端成形工艺对铁路运输安全具有重要影响。本文主要针对钢轨成形质量以及相关装备抗偏载问题,围绕道岔钢轨跟端成形的关键技术及装备进行研究。

功能纳米材料应用于电化学新冠病毒生物传感器的研究进展

新冠疫情暴发对全球公共卫生构成了巨大威胁,病毒的快速、准确诊断对新冠疫情防控具有至关重要的作用。近年来,以纳米材料为基础的电化学传感技术在快速、高灵敏度/高特异性分子诊断方面显示出巨大的潜力。本文简要介绍了新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的结构特征及常规检测方法,总结了电化学生物检测相关传感特点和机制。在此基础上,详细评述了金纳米材料、氧化物纳米材料、碳基纳米材料等为基础的电化学传感器用于快速、准确检测新冠病毒的研究进展。最后,展望了基于电化学传感技术在未来生物分子诊断中的应用。

锂硫电池中硒缺陷WSe_(2)催化性能的理论研究

二硒化钨具有优异导电性、高比表面积和大间距层状结构等特点,能作为催化材料有效提升锂硫电池的性能;然而少量的边缘活性位点阻碍了其催化活性的进一步提升.通过引入原子空位制造表面缺陷,可使其暴露更多的表面活性位点,提高催化活性.本文通过第一性原理计算考察了不同Se空位缺陷浓度(3.125%,6.25%,9.375%和12.5%)WSe_(2)表面的多硫化物吸附能力、锂离子迁移能力和多硫化物转化能力,探究了缺陷改性硒化钨在锂硫电池中的应用潜力.结果表明,6.25%中等空位缺陷浓度的WSe_(2)表面具有适中的多硫化物吸附能力、快速的锂离子迁移和对于充电放电过程的同步促进作用,是最优势的表面;3.125%的低空位缺陷WSe_(2)表面对于多硫化物吸附、锂离子迁移和充放电过程均不利;9.375%和12.5%的高空位缺陷WSe_(2)表面虽然有利于锂离子迁移,但是对于短链多硫化物的吸附能力过强,同时不利于放电过程.

单光子探测器制冷系统研究

负反馈雪崩光电二极管是一款单片集成负反馈电阻的砷化镓铟雪崩光电二极管光子计数器件。在基于负反馈雪崩光电二极管的单光子探测器中,高灵敏度的制冷系统是保障其正常工作的必备条件。采用被动制冷和主动制冷相结合的方式,设计了一套高灵敏度制冷系统。通过理论计算、仿真和实测该制冷系统,表明该系统内部功耗降低58.63%,且在室温25℃和高温65℃环境下,该系统均能使负反馈雪崩光电二极管工作温度控制在(−20±0.3)℃,具有环境适应性强、制冷温差大、制冷温度可控等优点。

超高重载型起重运输装备关键件结构设计

超高重载型起重运输装备可以提高空间的利用率和对大型重载货物的处理效率,近年来需求急剧上升。由于超高重载型起重运输装备关键件尺寸大、质量重、受载工况特殊复杂,以往对中小型起重机械的研究方法并不适用,现今此类机械主要研究方法是数值分析有限元法分析研究。文中对已有超高重载型起重运输装备关键件结构设计进行分析总结,探讨了关键件结构设计存在的问题和共性方法,提出了创建超高重载型起重运输装备数字孪生系统监测设备重要指标和设计方案,为超高重载型起重运输装备关键件结构设计提供了参考。

钼基材料的强韧化技术研究现状和发展趋势

钼材料具有导热导电性能好、高强度、高熔点等优点,广泛应用于诸多领域,例如,在核能和航空航天工业中用于制造聚变反应器转向器部件和导弹燃烧室等,在机械工业中用做刀具等零件。但是,当钼材料在高温条件下时,其抗蠕变性能、高温强度以及抗氧化性能都会显著下降,很大程度上影响了材料在诸多领域中的应用。本文主要综述了用不同的方法来提高钼基材料的强韧性,包括合金化、第二相弥散和大塑性变形,介绍了这些方法的机理和对钼材料的改善效果,并对未来钼基材料强韧化研究方向做出了展望。

Mn和B对Al-Si合金中Fe相组织的影响

研究Mn、B以中间合金形式加入铝液中对Al-Si合金中Fe相组织的影响。此次研究中,在熔体中加入0.625~2.5 wt.%的Mn和1~3 wt.%的Al-8%B中间合金进行保温沉降,因此合金的底部形成了块状α-Al(FeMn)Si相和AlB_(2)相沉淀,从而达到除铁的目的。Mn有利于块状富Fe相粒径的增大,加速沉降;AlB_(2)相会促进Mn在固液界面前沿析出,有利于富Fe相的形成。在温度为630~640℃时,具有较大的过冷度,铝液黏度较低,更有利于富Fe相的沉降。当Mn/Fe为2,Al-8%B的添加量为2 wt.%时为最佳合金设计。在630℃时铁含量降至0.5 wt.%,除铁率为60%,且保持较低的Mn含量。

纯钨闭塞式双通道等径角挤压数值模拟及实验研究

采用数值模拟的方法分析单道次纯钨闭塞式双通道等径角挤压工艺的变形特点,并对比等径角挤压工艺和双通道等径角挤压工艺经过Bc路径4道次变形后的应变积累和分布特点。同时,为验证有限元模拟的准确性,开展了物理实验。结果表明,闭塞式双通道等径角挤压变形过程可分为初始阶段、镦粗成形阶段、剪切变形阶段和最终成形阶段。3种工艺经4道次变形后均发生较大的应变积累,但是由于闭式模膛对试样头部的镦粗作用,闭塞式双通道等径角挤压经过4道次变形后等效应变量最大,且等效应变分布最均匀。通过对模具应力的分析,闭塞式双通道等径角挤压和双通道等径角挤压工艺可以有效解决等径角挤压工艺冲头偏载问题,且试样经闭塞式双通道等径角挤压变形后具有较大的静水压力,提高了纯钨塑性,有利于进行多道次变形。闭塞式双通道等径角挤压工艺变形后的试样可分为4个区域:剪切变形区、伸长变形区、头部小变形区和尾部未变形区。

带横向外凸筋多楔轮旋压成形规律及工艺研究

为解决带较高横向外凸筋的多楔轮需整体成形三凸筋且凸筋部位难成形的问题,采用多道次旋压成形工艺方案并采用基于SIMUFACT的有限元模拟和实验相结合的方法对其成形过程进行研究.基于旋压成形工艺理论分析,建立了旋压成形有限元模型.模拟分析了圆形板坯成形过程中应力、应变场分布,分析了第1至4道次旋压成形过程中材料塑性流动规律.总结了不同旋压设备工艺参数下零件成形效果,分析表明不同旋轮进给速度与摩擦系数对多楔轮凸筋充填效果和成形载荷存在较大影响.并以旋轮进给速度、摩擦系数、芯模转速为自变量,建立3因素3水平正交试验,获得每种工艺方案下最大成形载荷、凸筋充填程度数据.结合灰色理论对带横向外凸筋多楔轮旋压成形工艺参数进行了优化,证明了在较小的旋轮进给速度与摩擦系数下能够保证凸筋的充填质量和零件整体的成形效果,在CDC-S100E/R4旋压机上进行了试验,成功将初始板坯由3.0 mm整体增厚到3.4 mm,凸筋部位增厚到6.9 mm,验证了该成形方案与灰色系统理论优化的可行性.

镁单晶沿不同取向压缩的变形机制分子动力学研究

基于分子动力学理论,建立沿C轴以及<1010 >(垂直C轴)方向进行单轴压缩的模型,结合两种模型的应力-应变曲线,分析镁单晶沿不同取向压缩的微观变形机制。结果表明,沿C轴压缩时模型的压缩弹性模量较大,说明该取向难变形。且该模型先发生基面不全位错滑移(柏氏矢量b1^→=1/3<1010 >)以及锥面位错滑移(柏氏矢量b2=1/6<0223 >),其次在位错畸变区形核产生{1011}孪晶。此外,在晶体内部观察到两种不同类型的{1011}孪晶变体。沿垂直C轴方向压缩过程中,首先会形成大量的紊乱点,为位错以及孪晶的产生提供形核点。进一步加载时,会出现{1012}孪生过程,且{1012}孪晶迅速吞噬基体,模型变为沿C轴方向压缩变形,最后在位错堆积的畸变区形核生成{1011}二次孪晶。

双质量飞轮驱动齿盘旋压增厚成形工艺研究

针对汽车双质量飞轮驱动齿盘外缘为原始板厚的3~5倍的特点,以SIMUFACT软件分析为手段,对双质量飞轮驱动齿盘多道次旋压增厚成形工艺进行研究.基于旋压增厚成形工艺的理论分析,设计出多道次旋压增厚模具并建立了旋压增厚成形有限元模型.以第1道次旋压增厚成形为例,分析了成形过程中应力场分布及板坯的变形情况.同时在板坯表面设置4个测量点分析第1道次旋压增厚成形过程中金属的流动规律,从而总结出第2至5道次的旋压增厚成形规律.以旋轮进给速度、摩擦系数、芯模转速为自变量,进行三因素三水平正交试验,获得最大成形载荷、增厚程度数据.结合灰色理论对双质量飞轮驱动齿盘旋压增厚成形工艺参数进行了优化,在CDC-4S80旋压机上进行了试验,结果表明:在旋压增厚过程中板坯所受径向力最大、切向力次之、轴向力最小;较小的摩擦系数与旋轮进给速度有利于提高零件的成形质量;通过物理试验成功将板坯外缘由3 mm增厚到10.5 mm,验证了该成形方案与灰色系统理论优化的可行性.

偏滤器部件中W/Cu模块传热的数值模拟分析

利用理论公式和CFX仿真分别对偏滤器部件中平板型W/Cu模块进行稳态热分析,获得了不同热流密度下W/Cu模块的温度场和应力场的变化。理论计算得到的对流传热系数约为52304W·(m^(2)·K)^(‒1),而用CFX仿真分析得到的为35168~52186W·(m^(2)·K)^(‒1)。此外,两种稳态热分析方式得到的W/Cu模块的温度场数值相近;在20MW·m^(‒2)热流密度下,W/Cu模块的温度场、应力场分析结果均超出了对应材料的许用范围,严重影响了偏滤器部件的稳定运行。

最小跳数路由可充电无线传感器网络模型研究

文章研究了最小跳路由下可充电无线传感器网络的建模和优化问题,分析了可充电无线传感器网路的拓扑连通性,并依据Dijkstra算法给出了该网络的最小跳数路由算法。在给定数据路由的前提下,提出了可充电无线传感器网络中针对能量补给设备驻站时间比的优化问题,并将其转化为易于求解的线性规划问题,最终得到无线传感器节点和无线能量补给设备的工作策略。

铲旋工艺的有限元分析及试验研究

针对含法兰盘双筒形零件内筒成形的铲旋工艺,设计了一种半封闭式双铲旋轮结构,基于Simufact软件平台建立三维铲旋刚塑性有限元模型,对铲旋工艺的成形效果进行分析,并采用CDC-60型旋压机床进行试模验证试验.结果表明,在铲旋成形过程中,变形区的金属始终处于受力不均、受挤压的状态,从而发生轴向、径向、切向的位移,并产生轴向长高、径向增厚的效应.在铲旋成形后期,底部金属所受小变形区的阻力作用增强,使其径向增厚受阻,从而在筒壁内侧出现了欠料缺陷,而且进给距离越大,其增厚效应和欠料缺陷越明显.试验所得旋轮内筒的有效高度和壁厚分别为35.0、6.9 mm,超过铲旋厚度的15和3倍,试模试验结果与模拟结果的误差小于10%,从而验证了数值模型的可靠性和半封闭式铲旋轮结构的可行性.

基于BiOX(X=Cl、Br、I)新型高性能光催化材料的最新研究进展

铋系半导体Bi OX(X=Cl、Br、I)因其独特的层状结构和合适的禁带宽度而表现出优异的光催化活性与稳定性,已成为光催化材料领域极具应用前景的材料体系。本文首先针对Bi OX(X=Cl、Br、I)光催化材料研究中的关键科学问题进行了深入分析,进一步综述了国内外解决上述关键问题所采取的有效措施,包括:微结构调控、半导体复合、贵金属沉积、离子掺杂和表面敏化等,并针对纳米结构Bi OX(X=Cl、Br、I)负载于合适载体上实现固载的研究进展进行了概述,从而对基于Bi OX(X=Cl、Br、I)新型高性能光催化材料的最新研究进展进行了全面深入的综述,最后展望了Bi OX光催化材料的研究方向与趋势。