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铝/镁异质金属固相焊界面演化行为及相场模拟研究

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铝/镁异质金属固相焊界面演化行为及相场模拟研究

作者：罗俊睿合肥工业大学

学位级别：硕士

固相焊是解决铝/镁轻质合金连接最具潜力的方法之一,因此成为拓展新型铝/镁合金及其复合材料轻量化应用的重要手段。铝/镁合金具有较好的冶金相容性以及相近的熔点和再结晶温度,无论经历大变形短时还是小变形长时高温热循环,界面反应很... 详细信息

固相焊是解决铝/镁轻质合金连接最具潜力的方法之一,因此成为拓展新型铝/镁合金及其复合材料轻量化应用的重要手段。铝/镁合金具有较好的冶金相容性以及相近的熔点和再结晶温度,无论经历大变形短时还是小变形长时高温热循环,界面反应很难精确调控,过量金属间化合物导致接头发生脆性断裂风险增大。本文以铝/镁合金固相焊界面冶金反应行为及界面原子扩散为研究对象,主要研究内容和结果如下:首先,开展了5A06铝合金/AZ31镁合金回填式搅拌摩擦点焊试验。综合采用OM、SEM、EDS、XRD和EBSD以及显微硬度、拉剪性能测试手段,进行了焊点形貌、晶粒形态、相组成、元素分布及力学性能分析。主要对搅拌套下方界面位置合金基体的晶粒和亚结构、金属间化合物反应层进行了表征,对原子互扩散导致的成分分布进行了观测和定量计算。结果表明,随着焊接热输入增大,界面IMC反应层变厚,综合判断反应产物为β-AlMg和γ-AlMg,IMC层厚度为5～10μm。因脆性相与合金基体之间存在热应力,导致界面位置产生微裂纹。在达到焊缝内外部成型良好的前提下,界面反应超过一定临界值,接头力学性能变差,焊点拉剪强度最大值为57.65 MPa,断口呈现脆性断裂特征。其次,设计了5A06铝合金/AZ31镁合金真空扩散焊试验,便于比较分析热变形对界面冶金反应和原子扩散的影响。结果表明,扩散焊界面反应较为平缓。在400 C,1～3h保温条件下,界面异质金属冶金反应所产生的IMC层厚度为50～80μm,其中β相反应层厚度明显大于γ相。再次,通过回填式搅拌摩擦点焊和真空扩散焊原子互扩散的对比,证实了热-力耦合摩擦焊界面的原子超扩散现象。在热变形动态回复阶段原子扩散系数计算模型基础上,基于原子扩散规律和微观机制,提出热变形动态再结晶阶段原子扩散系数的理论计算模型。计算表明,热力耦合原子扩散相比平衡态热激活原子扩散高出2～3个数量级,与实验结果一致。最后,基于固态相变相场计算框架,考虑焊接界面温度和变形边界条件,结合焊接界面原子扩散与有序化相变的热力学、动力学、晶体学数据,开发了铝/镁异质金属固相焊界面IMC演化相场模型。通过模拟,获得了固相焊界面IMC演变微观形貌和动力学规律。针对铝/镁异质金属回填式搅拌摩擦点焊,采用了放大的动力学参数扩散系数D与界面迁移率M进行计算,模拟结果与点焊界面IMC实测结果相符度较高。以相场计算程序为基础,开发了异质金属界面演化相场计算前处理、后处理操作界面。以上研究成果为异质金属固相焊冶金行为定量化研究提供借鉴。

关键词：回填式搅拌摩擦点焊扩散焊原子互扩散界面演化相场法

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增材制造RAFM钢激光焊接头显微组织分析

焊接学报 2022年第9期43卷 44-49,I0005页

作者：刘鑫泉方超刘劲宋奎晶季雨凯韦勇罗俊睿中国科学院等离子体物理研究所装置总体研究室合肥230031 合肥工业大学合肥230009 安徽大学合肥230601

局部工件采用增材制造技术成型再焊接完成装配是未来精密加工较为可行的方案之一.采用激光焊对4种不同粒径粉末增材制造得到的低活化铁素体/马氏体钢板(reduced activation ferritic/martensitic steel,RAFM钢)进行焊接,分析激光焊接头... 详细信息

局部工件采用增材制造技术成型再焊接完成装配是未来精密加工较为可行的方案之一.采用激光焊对4种不同粒径粉末增材制造得到的低活化铁素体/马氏体钢板(reduced activation ferritic/martensitic steel,RAFM钢)进行焊接,分析激光焊接头显微组织演变特征.结果表明,粉末粒径小于25μm的增材RAFM钢的道间未熔合缺陷在焊缝区得到修复,而热影响区与母材未熔合缺陷无法改善;粉末粒径为15~53,45~105μm以及大于100μm的增材RAFM钢的气孔缺陷在焊接过程中无法消除,焊缝区与母材皆有分布,后者的气孔数量和大小明显大于前两者;4种接头焊缝区微观组织皆为粗大的板条状马氏体,柱状晶生长至中心线相交,无等轴晶出现.由增材制造工艺特点导致热影响区与母材区出现偏析带.近焊缝淬火区峰值温度较高,为细小的马氏体组织;远焊缝回火区产生二次回火的珠光体组织,且伴随部分晶粒长大.

关键词：激光增材制造 RAFM钢激光焊未熔合

铝/钛异种合金回填式搅拌摩擦点焊接头的微观组织与力学性能

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稀有金属材料与工程 2022年第5期51卷 1789-1796页

作者：宋奎晶吕磊罗俊睿刘鑫泉季雨凯钟志宏王国平合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009

采用回填式搅拌摩擦点焊对厚度均为2 mm的5A02-O铝合金和TC4钛合金板材进行焊接。改变停留时间和回填速度,研究工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,在选定工艺范围内(搅拌头旋转速度2000 r·min^(-1),搅拌套扎入深度1.9 ... 详细信息

采用回填式搅拌摩擦点焊对厚度均为2 mm的5A02-O铝合金和TC4钛合金板材进行焊接。改变停留时间和回填速度,研究工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,在选定工艺范围内(搅拌头旋转速度2000 r·min^(-1),搅拌套扎入深度1.9 mm),采用无螺纹搅拌头获得焊点成形良好,铝合金侧搅拌区晶粒细小,热影响区晶粒长大有限,停留时间6 s时获得界面原子扩散距离约2μm。随着回填速度提高,接头承载载荷总体呈现上升趋势,界面反应层变薄,晶粒更细。回填速度为0.5 mm/s,停留时间为6 s时获得接头拉剪载荷最低为4861 N,呈现纽扣断裂模式;回填速度为1.5 mm/s,停留时间为6 s时获得接头拉剪载荷最高为6617 N,拉剪后断面较为平整,呈现为界面断裂模式,微观断口由韧窝组成。

关键词：异种合金回填式搅拌摩擦点焊显微组织力学性能金属间化合物

《提亚纳的阿波罗尼乌斯传》中的帕提亚帝国游记史料考辨

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内蒙古大学学报（哲学社会科学版） 2023年第5期55卷 73-81页

作者：罗俊睿南开大学历史学院天津300350

斐洛斯特拉图斯在《提亚纳的阿波罗尼乌斯传》中将阿波罗尼乌斯描述为足迹远至罗马帝国境外的东方世界的哲学家,而其首先踏足的国家便是帕提亚帝国。考察帕提亚帝国游记中的地理位置、宫殿建设、历史文化、传说故事等信息后发现:一方面... 详细信息

斐洛斯特拉图斯在《提亚纳的阿波罗尼乌斯传》中将阿波罗尼乌斯描述为足迹远至罗马帝国境外的东方世界的哲学家,而其首先踏足的国家便是帕提亚帝国。考察帕提亚帝国游记中的地理位置、宫殿建设、历史文化、传说故事等信息后发现:一方面有作者虚构的内容,如帕提亚帝国已定都泰西封而非巴比伦、爱利特里亚人的叙事、太监的故事等;另一方面也包含真实的历史信息,如瓦尔丹尼斯兄弟阋墙、国王精通希腊语、中央对地方的宽松统治等。因此,阿波罗尼乌斯可能并未前往帕提亚帝国旅行,或其旅行的记载并未保存。作为善用修辞的作家,斐洛斯特拉图斯写作的目的并非提供真实的历史信息,而是创作更加生动有趣的旅行故事。

关键词：斐洛斯特拉图斯《提亚纳的阿波罗尼乌斯传》帕提亚帝国史料考辨

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彼奥提亚同盟与底比斯霸权的兴衰

内蒙古大学学报（哲学社会科学版） 2022年第2期54卷 74-80页

作者：罗俊睿南开大学历史学院天津300350

伯罗奔尼撒战争后的数十年间,雅典由于战败而急剧衰落,底比斯趁势崛起。公元前379年,底比斯发生政变,次年重建彼奥提亚同盟。此后,底比斯率领彼奥提亚诸邦抵抗斯巴达入侵,捍卫了自身的独立地位。在这一过程中,底比斯不仅发挥了主导作用... 详细信息

伯罗奔尼撒战争后的数十年间,雅典由于战败而急剧衰落,底比斯趁势崛起。公元前379年,底比斯发生政变,次年重建彼奥提亚同盟。此后,底比斯率领彼奥提亚诸邦抵抗斯巴达入侵,捍卫了自身的独立地位。在这一过程中,底比斯不仅发挥了主导作用,而且凭借强大的军事实力,使得自己在同盟中处于优势地位。然而,盟邦拥有一定的自治权,并未彻底屈从于底比斯。公元前371年至公元前362年,底比斯维持了近十年的希腊大陆霸主地位。对底比斯而言,一方面,彼奥提亚是其战略核心、经济腹地,为其提供了对外战争所需的人力和物力,是其霸权兴起的重要支撑;另一方面,同盟内部矛盾纷繁复杂,是导致底比斯霸权衰落的重要原因。

关键词：底比斯彼奥提亚同盟留克特拉战役佩罗皮达斯伊帕米农达

改进的连续尺度分形-离散Iwan黏滑接触力学建模

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北京理工大学学报 2024年

作者：夏焕雄付志豪刘检华敖晓辉张健罗俊成张学睿北京理工大学机械与车辆学院北京理工大学唐山研究院

零件配合面接触状态是影响高精密产品装配精度的关键因素，而分形-Iwan耦合模型是描述典型配合面黏滑接触的一套行之有效的方法.但现有基于MB的分形-Iwan耦合模型认为所有微凸体发生完全变形，且全局共用一个常量弹塑性临界面积，导致... 详细信息

零件配合面接触状态是影响高精密产品装配精度的关键因素，而分形-Iwan耦合模型是描述典型配合面黏滑接触的一套行之有效的方法.但现有基于MB的分形-Iwan耦合模型认为所有微凸体发生完全变形，且全局共用一个常量弹塑性临界面积，导致模型对小触点的法向力计算存在偏差.为此，建立了改进的分形-离散Iwan黏滑接触力学模型，提出了一种连续尺度的分形表面凸体分布函数，得到了具有尺度依赖关系的临界面积表达式.基于上述改进的耦合模型，探究了切向载荷作用下的粗糙接触界面滞回特性，获得了接触面几何形貌、接触压力对界面切向力的影响规律.将得到的滞回曲线与文献实验结果进行对比，验证了所提出的改进分形-离散Iwan耦合模型的准确性.

关键词：粗糙接触面连续尺度分形离散Iwan模型黏滑接触

微振动载荷下装配接触界面微观形貌演变特性研究

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北京理工大学学报 2024年

作者：刘检华倪婧夏焕雄张健敖晓辉罗俊成张学睿付志豪张慧北京理工大学机械与车辆学院北京理工大学唐山研究院

针对微振动载荷作用下装配接触界面状态演变规律不清晰和表征参数不明确等问题，提出了从表面的形貌演变表征接触界面状态变化的实验与分析方法.搭建了模拟法向加载下接触界面切向振动的实验装置，获得了具有不同初始粗糙度的接触表面... 详细信息

针对微振动载荷作用下装配接触界面状态演变规律不清晰和表征参数不明确等问题，提出了从表面的形貌演变表征接触界面状态变化的实验与分析方法.搭建了模拟法向加载下接触界面切向振动的实验装置，获得了具有不同初始粗糙度的接触表面形貌演变规律，发现了表面轮廓中谷部的空隙体积随着初始粗糙度的增加而显著减少的现象，并分析了描述表面微观形貌在功率谱能量、轮廓高度、面积比例、体积分布以及各向异性特征方面的5大类17种参数与初始表面粗糙度的相关性，确定了表征接触界面微观形貌演变的指标参数.研究结果为接触力学研究和精密产品装配稳定性研究提供了实测数据与分析方法.

关键词：微振动接触界面形貌表征相关性分析

直线轨道涡流制动对高速列车制动动力学特性的影响

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动力学与控制学报 2024年第6期22卷 68-79页

作者：李婧曾明睿张智博徐佳明罗俊西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

列车制动性能直接影响车辆运行安全性和平稳性、稳定性,本文研究了加装直线轨道涡流制动系统对不同动力分配方式的高速列车制动动力学特性的影响规律.首先建立了6M2T和4M4T两种编组方式的列车动力学仿真模型,并与线路实验数据进行对比,... 详细信息

列车制动性能直接影响车辆运行安全性和平稳性、稳定性,本文研究了加装直线轨道涡流制动系统对不同动力分配方式的高速列车制动动力学特性的影响规律.首先建立了6M2T和4M4T两种编组方式的列车动力学仿真模型,并与线路实验数据进行对比,验证了模型的有效性.基于该模型,研究了不同时速下的列车在不同动力分配形式下的动力学特性.针对惰行工况、电空制动工况与加装直线轨道涡流制动系统的联合制动工况,分别研究了第1、5、8节车厢的Sperling指标、脱轨系数、轮重减载率、轮轨作用力的变化规律,研究结果表明,动力分配方式、制动特性对车辆动力学性能有显著影响,涉及的关键动力学性能指标均满足安全限值标准,研究结果将为高速列车加装直线轨道涡流制动系统提供理论参考.

关键词：涡流制动动力分配制动动力学高速列车

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基于GBDT的气液两相流相分布测量模型

化工进展 2024年第2期43卷 800-807页

作者：曾思睿孔明中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

双波长透射法是一种高精度的多相流相分布参数检测方法,为了进一步提高相分布测量的精度,本文提出用梯度提升决策树(GBDT)算法建立相分布测量模型。利用光学仿真,模拟气泡在不同相分布下波长为445nm和635nm的光线在气液两相流中的传播过... 详细信息

双波长透射法是一种高精度的多相流相分布参数检测方法,为了进一步提高相分布测量的精度,本文提出用梯度提升决策树(GBDT)算法建立相分布测量模型。利用光学仿真,模拟气泡在不同相分布下波长为445nm和635nm的光线在气液两相流中的传播过程,采集检测平面的光强分布,分析不同相分布情况下气泡中心位置和气泡半径对光强分布曲线的影响;用GBDT建立测量模型,以光强缺失宽度和缺失偏移为特征参数,建立特征参数与气泡相分布之间的对应数据库,利用数据库对GBDT模型进行训练;用训练好的模型预测气泡的相分布。建立的测量模型对气泡相分布预测的均方误差小于0.0008mm,均方误差减小了33.33%,证明了测量模型更适用于相分布的测量。搭建了实验平台,对竖直上升气泡流相分布参数进行预测,实现了对气泡中心位置运动轨迹的追踪。

关键词：气液两相流气泡上升管相分布梯度提升决策树

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