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含约束薄膜的单轴拉伸的理论与数值研究

工程力学 2011年第11期28卷 31-37页

作者：张朝晖高原聂君锋胡强庄茁清华大学航天航空学院教育部应用力学重点实验室北京100084 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 海军装备研究院航空装备论证研究所上海200436

基于微态理论与应变梯度弹性理论框架,对含约束薄膜的单轴拉伸问题进行了研究。推导出在不同微观约束边界条件下薄膜单轴拉伸的解析解,较好的预测了薄膜内的边界层效应。通过分析两种理论之间的内在联系,发现可选取微态理论中的耦合因... 详细信息

基于微态理论与应变梯度弹性理论框架,对含约束薄膜的单轴拉伸问题进行了研究。推导出在不同微观约束边界条件下薄膜单轴拉伸的解析解,较好的预测了薄膜内的边界层效应。通过分析两种理论之间的内在联系,发现可选取微态理论中的耦合因子作为罚参数,使得微态理论可以退化至应变梯度弹性理论。计算结果表明施加罚参数后的有限元解在边界层区域外与应变梯度弹性解析解吻合较好,即由于耦合因子的罚参数特性,使得基于微态理论开发的有限元程序可以应用于应变梯度弹性理论的模拟解答。

关键词：微态理论应变梯度弹性有限元罚参数边界层单轴拉伸

高温气冷堆反应堆厂房外墙及蒸发器舱室抗飞机撞击数值分析

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核动力工程 2021年第4期42卷 259-264页

作者：梁振斌聂君锋王海涛清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

反应堆抗大飞机撞击是需要考虑的外部事件,对反应堆的安全评价非常重要。本文在耦合冲击动力学有限元模型的基础上,提出了双层平行墙体承受飞机撞击的等效模拟方法,研究了高温气冷堆(HTGR)较薄的方形蒸发器舱室抗商用飞机撞击能力。建... 详细信息

反应堆抗大飞机撞击是需要考虑的外部事件,对反应堆的安全评价非常重要。本文在耦合冲击动力学有限元模型的基础上,提出了双层平行墙体承受飞机撞击的等效模拟方法,研究了高温气冷堆(HTGR)较薄的方形蒸发器舱室抗商用飞机撞击能力。建立了反应堆厂房外墙受商用飞机撞击穿透评价标准,并进行了商用飞机撞击反应堆厂房外墙仿真计算,得到了飞机剩余动能曲线。飞机撞击蒸发器舱室的计算中,保守假设飞机穿过外墙后无质量损失,形态完好,以剩余速度撞击方形蒸发器舱室。评估表明,蒸发器舱室结构在撞击条件下的整体损伤微小,可为保护内部关键设备提供重要的屏障功能。

关键词：高温气冷堆(HTGR) 蒸发器舱室飞机撞击有限元分析动力响应

纳米Ni薄膜在摩擦过程中塑性行为的分子动力学模拟

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金属学报 2009年第2期45卷 137-142页

作者：刘小明由小川柳占立聂君锋庄茁清华大学航天航空学院北京100084

用分子动力学模拟研究了金刚石压头在Ni晶体薄膜上的摩擦过程和薄膜塑性变形行为的纳观机制.结果表明:在摩擦过程中,穿晶层错和棱形位错环是纳米薄膜结构传递塑性变形的两种载体,纳米薄膜晶界捕获位错阻滞了塑性变形向薄膜晶界下方材料... 详细信息

用分子动力学模拟研究了金刚石压头在Ni晶体薄膜上的摩擦过程和薄膜塑性变形行为的纳观机制.结果表明:在摩擦过程中,穿晶层错和棱形位错环是纳米薄膜结构传递塑性变形的两种载体,纳米薄膜晶界捕获位错阻滞了塑性变形向薄膜晶界下方材料中传播.摩擦过程中易在较薄的薄膜表面和薄膜晶界之间产生穿晶层错,穿晶层错的产生增加了薄膜蓄积塑性变形的能力,从而抑制材料表面摩擦力在黏滑过程中的振荡幅度;在比较厚的薄膜中不易生成穿晶层错,在摩擦过程中位错环依次向体材料发射,并与晶界反应,湮灭于晶界,黏滑动摩擦响应与单晶相似.由于不同厚度薄膜塑性变形产生的位错结构不同,使得在摩擦过程中亚表面微结构的演化亦不同.

关键词：摩擦分子动力学模拟纳米薄膜晶界位错

基于有限元方法的高温气冷堆燃料贮存罐跌落事故评价

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清华大学学报（自然科学版） 2013年第5期53卷 679-682页

作者：聂君锋张海泉李红克王鑫张征明清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

通过将燃料元件等效为流体,本文采用耦合Eule-rian-Lagrangian(CEL)方法研究了高温气冷堆燃料元件贮存罐的跌落事故。该方法能够描述燃料元件在跌落过程中的流动性和惯性效应,以及燃料元件对贮存罐所产生的侧向液动压力。与等效质量法... 详细信息

通过将燃料元件等效为流体,本文采用耦合Eule-rian-Lagrangian(CEL)方法研究了高温气冷堆燃料元件贮存罐的跌落事故。该方法能够描述燃料元件在跌落过程中的流动性和惯性效应,以及燃料元件对贮存罐所产生的侧向液动压力。与等效质量法进行了对比,结果表明:在跌落冲击过程中,等效质量法计算得到的冲击力更大、跌落接触时间更短,而CEL方法则能体现罐体的径向膨胀。因此,CEL方法能够模拟燃料元件的惯性效应以及流动效应,而等效质量法则能充分考虑冲击力的作用,结构设计中可以结合2种方法的计算结果,给出更为合理的设计方案。

关键词：燃料贮存罐跌落事故耦合Eulerian-Lagrangian(CEL)方法等效质量法有限元方法(FEM)

沉淀相的尺寸与形态对镍基合金蠕变行为的影响

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固体力学学报 2012年第5期33卷 456-464页

作者：聂君锋张海泉张朝晖由小川庄茁清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 海军装备研究院北京100073 清华大学航天航空学院北京100084

镍基合金具有优良的高温力学性能,广泛应用于涡轮叶片等热端部件.沉淀相的尺寸和形态是影响镍基合金力学性能的重要因素.论文在考虑应变梯度的镍基合金晶体塑性本构模型的基础上,引入了各向异性损伤张量,研究了包含两种不同尺寸和三种... 详细信息

镍基合金具有优良的高温力学性能,广泛应用于涡轮叶片等热端部件.沉淀相的尺寸和形态是影响镍基合金力学性能的重要因素.论文在考虑应变梯度的镍基合金晶体塑性本构模型的基础上,引入了各向异性损伤张量,研究了包含两种不同尺寸和三种不同长细比的沉淀相形态的镍基合金蠕变行为.结果表明,该模型能够很好地反映沉淀相的尺寸对镍基合金蠕变行为的影响,与实验结果符合较好.同时,沉淀相的形态也对镍基合金的力学性能产生重要影响,随着沉淀相长细比的增加,镍基合金的蠕变寿命延长,这体现了粗化和形态对镍基合金蠕变行为影响的一种竞争的机制.

关键词：镍基合金尺寸效应形态晶体塑性应变梯度蠕变

BCC-Fe中1/2[111]刃型位错与[010]位错环相互作用的分子动力学研究

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清华大学学报（自然科学版） 2022年第12期62卷 2029-2034页

作者：林盼栋聂君锋刘美丹清华大学核能与新能源技术研究院先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

研究压力容器(reactor pressure vessel, RPV)钢的辐照效应,需要从微观上揭示位错运动以及位错与辐照缺陷相互作用机理,从而为评估RPV钢在辐照作用下的宏观力学行为提供依据。该文采用分子动力学(molecular dynamics, MD)方法研究体心... 详细信息

研究压力容器(reactor pressure vessel, RPV)钢的辐照效应,需要从微观上揭示位错运动以及位错与辐照缺陷相互作用机理,从而为评估RPV钢在辐照作用下的宏观力学行为提供依据。该文采用分子动力学(molecular dynamics, MD)方法研究体心立方晶体(body center cubic, BCC)Fe中1/2[111]刃型位错与[010]位错环的相互作用,并分析了温度和位错环半径对相互作用过程以及临界剪切应力(critical resolved shearing stress, CRSS)的影响。结果表明:刃型位错与位错环相互作用包括混合位错段的形成、位错段的扫掠、螺旋偶极子的形成以及刃型位错挣脱位错环等过程;温度会促进位错环的吸收,并且刃型位错挣脱位错环所需的CRSS与温度有关,温度越高,CRSS越小。位错环半径越大,1/2[111]刃型位错扫掠的[010]位错段的长度越长,则临界剪切应力也就越大。

关键词：位错环温度位错环半径临界剪切应力(CRSS) 分子动力学

HTR-PM输送转换装置抗震分析及支撑设计与校核

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核技术 2012年第12期35卷 936-940页

作者：张喆玉袁朝龙张海泉聂君锋清华大学机械工程系先进成型教育部重点实验室北京100084 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

HTR-PM中的输送转换装置是保证燃料装卸系统能正常运行的重要部件,装置内管道热胀位移明显,需要支撑架具备一定的柔性;而装置中设备的质量及偏心距大,又要求支撑架有足够的刚度。采用数值模拟方法对正常及地震工况下的输送转换装置进行... 详细信息

HTR-PM中的输送转换装置是保证燃料装卸系统能正常运行的重要部件,装置内管道热胀位移明显,需要支撑架具备一定的柔性;而装置中设备的质量及偏心距大,又要求支撑架有足够的刚度。采用数值模拟方法对正常及地震工况下的输送转换装置进行抗震分析,基于分析结果优化了装置的支撑方案,并根据理想支撑方案设计出压板约束形式的支撑架。该支撑架在防止设备倾覆的同时释放了热胀位移,解决了装置支撑存在的柔性和刚度的矛盾,保证输送转换装置及其支撑在极限地震工况下的安全性。

关键词： HTR-PM 抗震分析支撑设计

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基于位错密度的体心立方晶体塑性本构模型

清华大学学报（自然科学版） 2017年第7期57卷 780-784页

作者：聂君锋汤镇睿张海泉李红克王鑫清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

晶体塑性理论是将晶体微观尺度的位错运动与宏观尺度的塑性形变相结合的重要理论,提供了在细观尺度内研究材料力学行为的有效方法。位错的密度变化对金属晶体的硬化行为有着重要的影响。该文在晶体塑性理论的基础上引入位错运动理论,建... 详细信息

晶体塑性理论是将晶体微观尺度的位错运动与宏观尺度的塑性形变相结合的重要理论,提供了在细观尺度内研究材料力学行为的有效方法。位错的密度变化对金属晶体的硬化行为有着重要的影响。该文在晶体塑性理论的基础上引入位错运动理论,建立基于位错密度的体心立方晶体(body center cubic,BCC)塑性本构模型,研究BCC的力学行为;并借助ABAQUS有限元软件,编写UMAT子程序,实现对BCC结构的铁单晶及多晶单轴拉伸试验的数值模拟。结果表明:该本构模型能有效地模拟铁单晶及多晶单轴拉伸的力学行为。

关键词：晶体塑性位错运动体心立方晶体(BCC) 单轴拉伸有限元

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引射筒动态载荷识别研究

振动与冲击 2013年第18期32卷 163-168页

作者：聂君锋陆秋海张海泉由小川庄茁清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 清华大学航天航空学院北京100084

基于动态载荷的频域识别方法,对引射筒所受发动机试车产生的动态载荷进行识别。通过实验测量引射筒在试车过程中的动态响应;通过有限元计算方法获得载荷基函数对结构作用响应;采用最小二乘法获得引射筒所受动态载荷谱。计算识别所得载... 详细信息

基于动态载荷的频域识别方法,对引射筒所受发动机试车产生的动态载荷进行识别。通过实验测量引射筒在试车过程中的动态响应;通过有限元计算方法获得载荷基函数对结构作用响应;采用最小二乘法获得引射筒所受动态载荷谱。计算识别所得载荷谱产生的动态响应,并与实验测量值比较,给出识别所得动态载荷谱误差,并分析误差产生原因。结果表明,频域载荷识别方法能较准确识别引射筒在发动机试车过程中所受动态载荷,可为工程研究提供参考。

关键词：引射筒载荷识别频域分析动态响应有限元分析