力学载荷条件下 EB-PVD 热障涂层损伤行为研究

目的研究力学载荷条件下EB-PVD热障涂层的损伤行为。方法采用电子束物理气相沉积工艺(EB-PVD)制备热障涂层(TBCs),利用SEM和体式显微镜对力学性能试验后带涂层试样的断口特征、裂纹形貌和金相组织进行观察,分析热障涂层在拉伸、持久和旋转弯曲疲劳等典型力学载荷条件下的损伤行为。结果在室温拉伸条件下,陶瓷层内先出现垂直于应力轴、沿柱状晶簇扩展的平行环状周向微裂纹,随着拉伸塑变量的增加,局部区域裂纹贯穿粘结层并进入合金基体;900℃高温拉伸条件下裂纹也产生于陶瓷层,但裂纹均钝化于粘结层与陶瓷层的界面,并穿透粘结层。在持久条件下,试样在弹性变形阶段涂层即发生开裂,随后沿着陶瓷层柱状晶簇间扩展,但未扩展至粘结层;在高温高周疲劳条件下,裂纹首先出现在粘结层,随后向基体逐渐扩展,扩展深度较浅,而基体疲劳裂纹在粘结层裂纹末端萌生并倾斜滑移扩展。结论提高粘结层韧性、减少粘结层中裂纹萌生和向基体扩展,是热障涂层材料和工艺优化的有效途径。     

耦合颗粒受力解析的CFD模型及其在超滤膜污染机制中的应用

膜污染可以视为颗粒在膜表面的沉降过程。为深入了解在过滤通道内发生的颗粒迁移和沉降过程,建立了一种耦合颗粒受力的计算流体力学（CFD）模型。通过分析颗粒在超滤过程中的受力,将颗粒受力分析的用户自定义函数（UDF）与CFD中的离散相模型（DPM）耦合,对颗粒的迁移轨迹及沉降进行模拟,并利用过滤实验和微粒子图像测速技术（Micro-PIV）对CFD模拟结果进行了验证。结果表明:颗粒沉降概率与跨膜压差呈正相关,与错流速度呈负相关,超滤实验证明了CFD模拟颗粒沉降的准确性。Micro-PIV示踪粒子的运动轨迹记录膜腔内的速度场分布也验证了CFD模拟流场的准确性。CFD模型可视化地并直观地揭示了膜过程流场和颗粒运动情况,为理解膜污染机制提供了科学依据,对优化膜模块具有重要的指导作用。     

常温酸性腐蚀对热障涂层性能的影响

采用酸性盐雾腐蚀试验对物理气相沉积法制备的热障涂层进行了常温腐蚀,研究了常温酸性盐雾腐蚀对热障涂层的微观形貌以及高温性能的影响.试验结果表明：常温酸性腐蚀使热障涂层表面变得粗糙不平,产生了较大的裂纹.经过150次高温循环氧化后,顶层氧化锆晶粒排列疏松,裂纹进一步扩展,中间层--粘结层氧化速度加快,生成了疏松的TGO层.TGO的体积膨胀效应使得陶瓷/粘结层界面结合力降低,缩短了涂层的使用寿命.     

基于J&E/AAM模型的污染场地VOCs风险防控

土壤或地下水中挥发性有机污染物经包气带迁移后进入建筑物,导致室内污染物聚集危害人体健康.为研究场地蒸气入侵的过程及影响因素,以苯为例,借助一维J&E解析模型和二维近似解析AAM模型,探究土壤性质参数对污染场地建筑物底板处蒸气衰减系数和室内蒸气衰减系数的影响,并分析两个模型的适用条件.结果表明,室内蒸气浓度（C_in）取决于建筑物底板处蒸气浓度（C_ck）和土壤气体进入室内的速率（Q_ck）.J&E模型中,室内蒸气衰减系数（α_sin）随着地基埋深增加先减后增,而AAM模型中室内蒸气衰减系数一直呈上升趋势.毛细管的存在使蒸气衰减系数降低1~2个数量级,土壤水分也可有效阻挡蒸气向上扩散.在低渗透土壤条件下,两个模型计算的室内蒸气衰减系数均在10-4左右;在高渗透土壤条件下,建筑物底板处对流作用强烈,J&E模型建筑物底板处蒸气浓度减小,室内蒸气衰减系数在10-3左右,AAM模型建筑物底板处蒸气浓度为定值,室内蒸气衰减系数随土壤渗透系数的变化大致呈线性增长,且比J&E模型结果高1~2个数量级.研究显示,当污染场地建筑物底部对流作用强烈或在砂土、壤土类土壤中,采用J&E模型更为合理;对流较弱或在粉土、黏土中,可以采用AAM模型代替J&E模型,简化计算过程,便于进行场地风险评估.污染物蒸气在砂土中穿透力较强,而黏土层可以有效阻挡蒸气的迁移,在实际场地风险管控中,可以采用换土或表层覆盖黏土的方法阻挡蒸气的迁移.      

分子模拟方法在爆炸反应机理方面的应用进展

针对爆炸过程反应机理异常复杂,实验检测手段对其认识匮乏的现状,综述了量子化学、反应分子动力学等分子模拟方法的特点及研究进展,分析了分子模拟技术在燃爆机理研究中的应用进展,包括量子化学方法对于燃料热解/燃烧、瓦斯等可燃体系爆炸过程的微观基元反应步骤、反应能垒及热力学参数的计算,以及反应分子动力学(ReaxFF MD)在含能材料、可燃混合气等复杂爆炸体系获取可能的反应路径及中间自由基变化的应用。对分子模拟方法在爆炸领域研究的应用提出了建议及展望,指出ReaxFF MD和密度泛函理论(DFT)相结合是一种研究复杂爆炸体系微观反应机理极具潜力的方法,借助先进的分析检测手段对模拟方法的验证及修正,能获取更准确、全面的微观反应动力学模型。     

Production and characterization of bioaerosols for model validation in spacecraft environment

This study aimed to evaluate the suitability of two bioaerosol generation systems(dry and wet generation) for the aerosolization of microorganisms isolated from the International Space Station, and to calibrate the produced bioaerosols to fulfill the requirements of computational fluid dynamics model(CFD) validation. Concentration, stability, size distribution, agglomeration of generated bioaerosol and deposition of bioaerosols were analyzed. In addition, the dispersion of non-viable particles in the air was studied.Experiments proved that wet generation from microbial suspensions could be used for the production of well-calibrated and stabile bioaerosols for model validation. For the simulation of the natural release of fungal spores, a dry generation method should be used. This study showed that the used CFD model simulated the spread of non-viable particles fairly well. The mathematical deposition model by Lai and Nazaroff could be used to estimate the deposition velocities of bioaerosols on surfaces, although it somewhat underestimated the measured deposition velocities.     

钙基脱硫剂孔隙网络动态生成特性

钙基脱硫剂孔隙结构特性直接影响到脱硫效果及脱硫剂的利用率,对其空间网络特性的描述将有助于分析SO2的扩散及反应特性. 在石灰石分解动力学和烧结机理的基础上,结合固体分解的成核机理,运用Monte-Carlo 方法,建立了脱硫剂孔隙网络的动态生成模型,对钙基脱硫剂分解形成的孔隙结构进行了动态模拟,并对生成孔结构的分形特性进行研究.结果表明,运用动态生成模型,可以给出石灰石分解形成的CaO内部孔隙的微观空间结构,且模拟生成的孔隙网络的分形维数与实验测定值基本吻合.     

Ball end milling mechanistic model based on a voxel-based geometric representation and a ray casting technique

Prediction of machining forces involved in complex geometry can be valuable information for machine shops. This paper presents a mechanistic cutting force simulation model for ball end milling processes, using ray casting and voxel representation methods used in 3D computer graphics field. Using this method, instantaneous uncut chip cross sectional areas can be extracted, which can be used in cutting pressure coefficient extraction and machining simulation including machining forces and geometry of the workpiece. The major advantage of the proposed scheme is that it can simulate milling processes with arbitrary cutting tool geometry on a workpiece with complex geometry, using an algorithm with constant time complexity. A series of cutting experiments were carried out to validate the model.     

挺水植物对湖泊水质数值模拟过程的影响

将environmental fluids dynamics code(EFDC)模型和CE-QUAL-ICM模型相结合,建立了内蒙古乌梁素海富营养化模型.在建模过程中,考虑挺水植物分布情况及其密度、高度、直径等形态指标,并将考虑挺水植物影响与未考虑挺水植物影响的氮磷模拟过程进行计算、对比、分析.结果表明,考虑挺水植物影响的氮磷浓度模拟值与实测值变化趋势基本一致,而未考虑挺水植物影响的氮磷浓度模拟值未能反映实测值的变化趋势,可见,湖泊挺水植物的存在对氮磷浓度的迁移转化起着关键的作用.同时,在模拟过程中明显提高了运算效率和模拟精度,表明考虑挺水植物影响的富营养化模型能够较好地反映湖区内某位置氮磷浓度的动态模拟结果,能够为湖泊管理部门提供一定的参考.     

上呼吸道内可吸入颗粒物运动及沉降的模拟研究

建立了一个从人体口腔到前3级支气管的上呼吸道3维几何模型和流场计算模型以及可吸入颗粒物运动模型.将数值模拟结果与相关的实验数据进行了对比,表明数值模拟结果与实验结果基本吻合.在此基础上,在拉格朗日框架下追踪研究了可吸入颗粒物的运动轨迹,并统计了颗粒物在气道内不同部位的沉积分数;对人体上呼吸道内可吸入颗粒物的运动及沉积过程以及影响因素进行了分析.结果表明,可吸入颗粒物在上呼吸道内不同部位的沉积与呼吸强度、颗粒物密度以及粒径等因素密切相关;高呼吸强度时颗粒物在气管内的沉积分数明显升高,且随粒径的增大呈下降趋势;颗粒物在喉部的沉积分数最大,可以达到35%左右,但沉积分数受呼吸强度和粒径的影响相对较小;颗粒物在支气管内的沉积分数随粒径增大呈明显下降趋势;中小呼吸强度下颗粒物在支气管内的沉积分数明显高于高呼吸强度下的沉积分数.研究成果可以为可吸入颗粒物对人体健康影响的研究以及医学中气溶胶吸入疗法的研究等提供一定的依据.     

物理气相沉积硬质耐腐蚀磨损防护涂层研究进展

叙述了用物理气相沉积技术制备的硬质耐腐蚀磨损防护涂层的研究进展。重点介绍了腐蚀磨损耦合工况特性和作用机理,单元、多元掺杂氮化物涂层,高熵氮化物涂层,多层、纳米多层、纳米复合、梯度氮化物涂层耐腐蚀磨损性能研究,非金属元素/金属元素掺杂DLC涂层、多层复合DLC涂层耐腐蚀磨损性能研究,并对涂层改性、强化机理和腐蚀磨损失效机制进行了总结。最后,提出了未来物理气相沉积硬质耐腐蚀磨损防护涂层重点发展的方向,应重点发展涂层组元/结构设计、力–电耦合损伤机理研究、高效率研发设计、涂层先进制备装备与评估体系等方面的能力。     

热水沉积作用与成矿效应

热水活动在岩石圈中是一种非常重要的地质和成矿作用，热水作用的动力学类型主要有深部岩浆作用、碰撞挤压作用和沉积物自生高压脱水作用。根据热水成矿的特点，在传统的三种成矿作用分类范围之外列出热水成矿作用，并进行了次级分类。我国南方主要发育有四期热水沉积作用．其特征是：在演化方式上从震旦纪到二叠纪有从沉积作用向交代和充填作用演化的趋势，在元素组成上有从稳定元素向活泼元素演化的趋势。在时空分有模式上，热水沉积矿床主要发育于张性构造背景中裂陷盆地充填层序碳酸盐岩向细碎屑岩的过渡部位．这个过渡时期正是盆地演化到深部与表层物质和能量强烈交换的时期，也是盆地海平面最高、陆源物最少的时期，同时由于盆地沉积基底碳酸盐岩的较早因此共产生裂隙和层间空隙，有利于形成热水集中供给的通道。     

长期土壤酸化模型(LTSAM)

以碱总量守恒为基础，以Ｕｌｒｉｃｈ缓冲范围为模型主要框架建立了兼能描述酸性与石灰性土壤长期酸化反应过程的动态模型．经与ＳＭＡＲＴ模型在理论设计和模拟结果两方面作对比之后，又利用新建模型以北京地区典型褐土为例进行了硫沉降与酸（Ｈ＋）沉降的对比计算．结果表明：（１）ＬＴＳＡＭ模型能够很好地反映土壤缓冲酸的主要机制．（２）模式运行即稳定又省时．（３）大气硫沉降不同于酸沉降．也就是说，硫沉降改变时，阳离子（尤其是主要离子）沉降量的变化应当加以考虑．     

基于PAM-CRASH的飞机着舰拦阻系统动力学仿真分析

目的研究拦阻和着舰过程中拦阻钩的动态响应,为拦阻钩的多冲动力学分析提供依据。方法运用PAM-CRASH软件建立着舰拦阻冲击动力学的有限元模型,将整个过程分解为着舰和拦阻两个不同的阶段,考虑柔性体的建模方法。结果通过仿真分析,得到拦阻着舰过程中响应最大的位置,得到绳索拦阻的最大载荷。结论针对飞机拦阻钩结构动力学模型,就其啮合过程进行了动力学仿真,考虑飞机的航向及下沉速度综合作用下拦阻绳索的动态响应,探索了柔性拦阻绳索结构的动力学模拟方式。     

Review of the influencing factors of secondary organic aerosol formation and aging mechanism based on photochemical smog chamber simulation methods

The formation and aging mechanism of secondary organic aerosol (SOA) and its influencing factors have attracted increasing attention in recent years because of their effects on climate change, atmospheric quality and human health. However, there are still large errors between air quality model simulation results and field observations. The currently undetected components during the formation and aging of SOA due to the limitation of current monitoring techniques and the interactions among multiple SOA formation influencing factors might be the main reasons for the differences. In this paper, we present a detailed review of the complex dynamic physical and chemical processes and the corresponding influencing factors involved in SOA formation and aging. And all these results were mainly based the studies of photochemical smog chamber simulation. Although the properties of precursor volatile organic compounds (VOCs), oxidants (such as OH radicals), and atmospheric environmental factors (such as NO_x, SO₂, NH₃, light intensity, temperature, humidity and seed aerosols) jointly influence the products and yield of SOA, the nucleation and vapor pressure of these products were found to be the most fundamental aspects when interpreting the dynamics of the SOA formation and aging process. The development of techniques for measuring intermediate species in SOA generation processes and the study of SOA generation and aging mechanism in complex systems should be important topics of future SOA research.     

基于非圆球模式的大气超细颗粒物在沉积和凝并共同作用下的动力学模型研究

数值模拟了封闭环境内非球形超细颗粒物的动力学演化,以探讨颗粒物的沉积和凝并行为.采用泰勒展开方法导出了描述颗粒物动力学这两种行为共同作用的矩方程.通过与实验结果对比表明:本文得出的矩方程相对于传统的矩方程模型更适于刻画颗粒物的扩散和重力沉积,能够精确地预测它们的动力学演变过程.通过将颗粒形状参数(分形维数,Df)纳入原始动力学方程,使得颗粒物凝并模型可以较为准确地描述真实情况下非球形颗粒的凝并行为.此外在高颗粒物浓度条件下,得出颗粒物的演变主要受到凝并作用的影响,沉积作用则相对较弱.     

基于DED模型的挥发性有机物健康风险评价

为评估DED（Dual Equilibrium Desorption,双元平衡解吸）模型用于预测实际场地VOCs呼吸暴露健康风险的适用性,以邯郸某化工搬迁场地中危化品存储车间场地为案例,采用DED模型分别计算了二氯甲烷和苯在埋深1.5m（浅层）和3.5m（深层）处的呼吸暴露健康风险,并与基于相应深度实测土壤气中污染物浓度及采用传统J & E（Johnson and Ettinger）模型预测的呼吸暴露健康风险进行了比较验证.结果表明:①采用DED模型预测的二氯甲烷健康风险均未超过10-6,在某些点位及深度（2号点浅层、6号点浅层及深层、5号点深层）苯的健康风险超过了10-6. ②基于实测土壤气中污染物浓度计算的健康风险显示,二氯甲烷健康风险均未超过10-6,在某些点位及深度（4号和6号点浅层和深层及2号点深层）苯的健康风险超过了10-6. ③采用J & E模型预测的二氯甲烷和苯的健康风险均超过10-6. ④对比发现,对于二氯甲烷DED模型预测的风险结果与基于土壤气实测污染物浓度预测的结果总体无明显差异,但苯在部分点位前者预测结果低于后者.研究显示,DED模型基本上能适用于预测实际场地VOCs呼吸暴露健康风险,但在某些点位可能会低估实际风险,建议具体使用过程中进一步采集场地数据进行验证,而J & E模型的预测结果均过于保守;同时,对DED模型各参数进行敏感性分析发现,土壤中土壤气体积含量、污染物浓度和有机碳含量对风险结果影响相对明显,土壤容重则几乎没有影响.      

Application of FEM simulation of chip formation to stability analysis in orthogonal cutting process

Models for chatter prediction in machining often use a mechanistic force model that calculate the force as the product of a material dependent cutting constant and chip area. However, in reality, the forces are the result of complex interaction between the tool and the chip, and are affected by many factors. The effects of these complex, and often nonlinear, factors on the machining dynamics may only be included in chatter prediction if the chip formation process is simulated concurrently with simulation of the machining dynamics. In this paper, finite element simulation of the chip formation process is combined with simulation of chatter dynamics and the inter-relationship between the chip formation process and the chatter phenomenon is investigated. Mesh adaptation technique is used to simulate the chip formation within an FEM elastoplastic analysis with dynamic effects and frictional contact. The combined modeling predicts the occurrence of process damping at low cutting speeds, which other models are generally unable to predict.     

基于模型 “四性” 综保系统工程设计

目的研究在基于模型的系统工程设计环境下可靠性、测试性、维修性、保障性(以下简称"四性")及综合保障的一体化设计方法。方法应用Altarica语言提供的故障建模方法,完成基于故障模型的可靠性、测试性的建模与分析,在多体动力学仿真环境下借助耐久性仿真技术,完成预防性维修任务的定量分析。结果以基于复杂系统功能模型推演得到的系统故障模型为纽带,借助"四性"建模与仿真技术,可实现面向任务场景的"四性"综保一体化设计。结论在基于模型的系统工程设计中能有效实现基于模型的"四性"综保一体化设计。