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颗粒增强金属基复合材料界面微观结构和性能研究进展

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中国表面工程 2022年第3期35卷 16-30页

作者：汤鑫张杰马天宝清华大学机械工程系北京100084 北京科技大学机械工程学院北京100083

界面作为颗粒增强金属基复合材料中硬质颗粒和金属基体之间连接的“纽带”,直接影响复合材料的力学和摩擦性能,为了更好地揭示界面特性与复合材料整体性能之间的耦合关系,需要对界面展开微观研究。综述近年来对颗粒增强金属基复合材料... 详细信息

界面作为颗粒增强金属基复合材料中硬质颗粒和金属基体之间连接的“纽带”,直接影响复合材料的力学和摩擦性能,为了更好地揭示界面特性与复合材料整体性能之间的耦合关系,需要对界面展开微观研究。综述近年来对颗粒增强金属基复合材料界面的研究进展。主要分为三个方面:界面结构显微表征,即通过一系列电子显微镜和能谱分析,得到界面形貌、反应产物以及取向关系等信息;微观力学性能测试,即表征界面在微观尺度下的形变和失效过程,进而得到结合强度、断裂韧性等信息;模拟计算,在常规试验达不到的尺度,分析界面的结合能、电荷分布和电子结构,以及模拟界面的变形和失效过程。界面的微观研究对于界面改性和进一步提高颗粒增强金属基复合材料性能具有一定的指导意义。

关键词：颗粒增强金属基复合材料界面微观表征结合强度

耦合Level Set方法处理介质界面研究

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高压物理学报 2013年第5期27卷 725-730页

作者：王星马天宝郝莉北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京建筑工程学院理学院北京100044

研究了耦合Level Set(LS)方法处理介质界面算法,通过对比旋转流场和剪切流场下的界面捕捉情况,给出了各种不同方法在处理介质界面过程中的优缺点,分析了产生这种现象的原因。通过对比分析得到,耦合粒子Level Set(Particle Level Set,PLS... 详细信息

研究了耦合Level Set(LS)方法处理介质界面算法,通过对比旋转流场和剪切流场下的界面捕捉情况,给出了各种不同方法在处理介质界面过程中的优缺点,分析了产生这种现象的原因。通过对比分析得到,耦合粒子Level Set(Particle Level Set,PLS)方法以及耦合Level Set和VOF(Coupled Level Set and Volume of Fluid,CLSVOF)方法相比于单纯的LS方法,在流体守恒性质方面有很大的提高,PLS方法可以根据撒播粒子和精确追踪示踪粒子修正LS界面;而CLSVOF方法可以通过重构界面和体积输运,重新初始化LS函数。在实际物理应用中,PLS方法多次重新撒播示踪粒子会降低界面精度,且对每个示踪粒子的追踪需要加大CPU内存,而CLSVOF方法更加高效和合理。

关键词：耦合粒子Level Set方法耦合Level Set和Volume of Fluid方法数值对比

大口径聚能装药侵彻厚混凝土靶板的数值模拟及实验研究

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中国科学：技术科学 2016年第4期46卷 339-348页

作者：许香照马天宝郝莉北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京建筑大学理学院北京100044

采用自主开发的软件平台EXPLOSION-2D对不同锥角药型罩结构的聚能装药成型进行数值模拟,并得到了聚能装药成型规律以及炸高对聚能装药侵彻厚混凝土靶板的影响.基于侵彻体的性能参数选取了两类侵彻效果较好的聚能装药结构进行侵彻厚混凝... 详细信息

采用自主开发的软件平台EXPLOSION-2D对不同锥角药型罩结构的聚能装药成型进行数值模拟,并得到了聚能装药成型规律以及炸高对聚能装药侵彻厚混凝土靶板的影响.基于侵彻体的性能参数选取了两类侵彻效果较好的聚能装药结构进行侵彻厚混凝土靶板的数值模拟研究.根据侵彻结果设计了一种侵彻厚混凝土靶的聚能装药结构,并进行了相应的实验研究.对实验后混凝土靶板进行剖切,通过混凝土靶的内部破坏情况评估侵彻体对不同位置处混凝土靶的损伤情况,并测量各个位置处的孔洞直径.采用EXPLOSION-2D软件平台对实验工况进行模拟,对比分析实验与数值模拟的结果.对比结果表明该数值模拟技术能够有效地评估混凝土靶板的破坏情况.

关键词：聚能装药深侵彻混凝土数值模拟

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强间断多介质流的高精度伪弧长方法

北京理工大学学报 2022年第9期42卷 900-908页

作者：王晨涛马天宝李坤北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

考虑到双曲守恒律方程随着时间的发展,产生的解会包含强间断.伪弧长算法可以削弱方程的奇异性,因此结合伪弧长算法和高精度权基本无振荡格式发展了高阶伪弧长算法,有效提高计算求解的精度和分辨率.由于在变形的网格中直接构造高精度格... 详细信息

考虑到双曲守恒律方程随着时间的发展,产生的解会包含强间断.伪弧长算法可以削弱方程的奇异性,因此结合伪弧长算法和高精度权基本无振荡格式发展了高阶伪弧长算法,有效提高计算求解的精度和分辨率.由于在变形的网格中直接构造高精度格式较为复杂,因此通过坐标变换将控制方程映射至正交均匀的弧长空间,然后在弧长空间中完成计算.结合Level Set技术和虚拟流体法界面处理,将算法拓展到多介质流的计算中,针对网格移动以后Level Set距离函数的插值,提出了三阶非守恒插值格式.计算结果表明,高精度伪弧长算法具有较高的收敛阶,可以有效降低间断处的数值震荡,提高间断分辨率.

关键词：加权本质无振荡高精度虚拟流体法伪弧长算法坐标变换

超薄类金刚石膜生长和结构特性的分子动力学模拟

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物理学报 2006年第6期55卷 2922-2927页

作者：马天宝胡元中王慧清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

利用分子动力学模拟方法研究了2—3nm厚的类金刚石(DLC)薄膜在金刚石基体(100)表面上的生长过程.分析了用来表征沉积后无定型碳膜质量的重要结构特性,如sp3杂化比例、薄膜密度、径向分布函数等,计算结果和现有的实验结果基本一致.不同... 详细信息

利用分子动力学模拟方法研究了2—3nm厚的类金刚石(DLC)薄膜在金刚石基体(100)表面上的生长过程.分析了用来表征沉积后无定型碳膜质量的重要结构特性,如sp3杂化比例、薄膜密度、径向分布函数等,计算结果和现有的实验结果基本一致.不同入射原子能量对结构特性进而对薄膜性能有重要影响,入射原子能量在20—60eV时,薄膜可以获得最优性能.载能原子入射是生长均匀、连续、致密固体薄膜的前提,稳定的中间区域对于保证薄膜优良的力学性质是必需的.

关键词： DLC膜分子动力学模拟 sp^3杂化比例

三维多物质弹塑性流体动力学Euler方法的并行算法研究及程序测试

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高压物理学报 2011年第6期25卷 508-513页

作者：马天宝费广磊张文耀北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学计算机学院智能信息技术北京市重点实验室北京100081

并行计算是解决爆炸与冲击问题大规模数值模拟最有效的手段之一。针对Euler方法并行程序设计的复杂性,阐述了三维多物质弹塑性流体动力学程序MMIC-3D并行设计的总体策略,基于消息传递接口(MPI)设计出相应的PMMIC-3D并行程序,并提出了一... 详细信息

并行计算是解决爆炸与冲击问题大规模数值模拟最有效的手段之一。针对Euler方法并行程序设计的复杂性,阐述了三维多物质弹塑性流体动力学程序MMIC-3D并行设计的总体策略,基于消息传递接口(MPI)设计出相应的PMMIC-3D并行程序,并提出了一套实用的程序测试方案。结合聚能射流形成过程的数值模拟算例,在八节点的集群上测试了加速比、并行效率及可扩放性,分析了影响并行性能的因素。

关键词：爆炸与冲击 Euler方法并行计算消息传递接口程序测试

Euler多物质流体动力学数值方法中的界面处理算法

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计算物理 2008年第2期25卷 133-138页

作者：马天宝郝莉宁建国北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京建筑工程学院基础部北京100044

结合Euler型多物质流体动力学数值方法,将Youngs界面重构技术进行改进,改进后的算法中,混合网格周围网格物质的体积份额不但被用来计算物质界面的位置,还被用来确定混合网格中各物质的输运次序.将改进后的算法加入到自行开发的MMIC-2D... 详细信息

结合Euler型多物质流体动力学数值方法,将Youngs界面重构技术进行改进,改进后的算法中,混合网格周围网格物质的体积份额不但被用来计算物质界面的位置,还被用来确定混合网格中各物质的输运次序.将改进后的算法加入到自行开发的MMIC-2D通用多物质二维爆炸与冲击问题数值仿真程序中,对二维直角坐标系下圆环在平移流场中的运动过程进行模拟,以此对提出的改进界面处理算法进行数值考核.在此基础上,对聚能装药射流的形成过程进行数值模拟,模拟结果图像显示,其物质分界面清晰,并与实验结果吻合较好,从而验证了该方法的精度及有效性.

关键词： Euler方法改进Youngs技术聚能射流

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基于OTM方法的超高速碰撞问题数值模拟

北京理工大学学报 2020年第6期40卷 617-622页

作者：马天宝粟鑫郝莉北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京建筑大学理学院北京100044

最优输运无网格方法(optimal transportation meshfree method,OTM)相比传统的SPH方法,可以有效克服现有显式分析中能量不守恒问题,完全避免SPH方法中存在的拉力不稳定性,并可规避零能模式的出现.本文采用OTM方法对铝制球形弹丸超高速... 详细信息

最优输运无网格方法(optimal transportation meshfree method,OTM)相比传统的SPH方法,可以有效克服现有显式分析中能量不守恒问题,完全避免SPH方法中存在的拉力不稳定性,并可规避零能模式的出现.本文采用OTM方法对铝制球形弹丸超高速撞击铝合金靶板问题开展了数值模拟研究.为描述铝在高温高压和高应变率条件下的动态力学响应,采用Johnson-Cook材料模型和Mie-Grüneisen状态方程对超高速撞击单层靶板进行数值模拟,得到的弹坑直径、碎片云长度与宽度以及内核碎片云的形态和分布与实验吻合较好.此外,对超高速撞击双层靶板问题也进行了数值模拟,模拟得到的碎片云形貌参数符合实验结果,二次碎片云的模拟长度与实验结果仅相差2.6%.数值模拟结果表明OTM方法非常适合于模拟超高速碰撞问题.

关键词：最优输运无网格方法超高速碰撞碎片云数值模拟

基于原子运动模型的类金刚石薄膜生长机理研究

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物理学报 2007年第1期56卷 480-486页

作者：马天宝胡元中王慧清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

利用分子动力学模拟方法,从原子尺度上研究了类金刚石(DLC)薄膜生长过程.按照运动特点把入射原子在表面的行为分为表面冷冻、迁移、注入和反弹等四种,并由此提出原子运动模型.入射原子的表面行为对DLC薄膜的微观结构以及生长方式有重要... 详细信息

利用分子动力学模拟方法,从原子尺度上研究了类金刚石(DLC)薄膜生长过程.按照运动特点把入射原子在表面的行为分为表面冷冻、迁移、注入和反弹等四种,并由此提出原子运动模型.入射原子的表面行为对DLC薄膜的微观结构以及生长方式有重要影响.其中原子水平迁移是薄膜热弛豫的主要途径,入射原子的注入和迁移行为相互竞争,决定了薄膜生长的模式和最终结构.利用统计分析手段给出了入射能量对原子表面行为进而对薄膜结构的影响,加深了对DLC薄膜生长机理的认识.

关键词： DLC膜分子动力学模拟