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In situ SR-CT Experimental Study on the Directional Sintering of High-Temperature Superconductor YBCO Materials in the Microwave Fields

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Acta Metallurgica Sinica(English Letters) 2022年第1期35卷 67-77页

作者： liangyuan Wang Lei Shen yongcun li Yuanjie Wang Yu Xiao Xingyi Zhang Feng Xu Xiaofang Hu CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials Department of Modern MechanicsCAS Center for Excellence in Complex System MechanicsUniversity of Science and Technology of ChinaAnhui230027China Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China Attached to the Ministry of Education of China Lanzhou UniversityLanzhou730000China Shanxi Key Lab of Material Strength&Structural Impact College of Mechanical and Vehicle EngineeringTaiyuan University of TechnologyTaiyuan030024China

YBa_(2)Cu_(3)O_(7-x)(YBCO)is a kind of high-temperature superconducting material that has important application in information,energy,medical treatment,etc.,and the superconducting properties of YBCO are closely related to its internal microstructure.In this study,the microwave heating method was adopted to prepare the YBCO materials.The internal 3 D online evolution observation based on the synchrotron radiation computed tomography technology shows that there was directional grain growth phenomenon of YBCO during microwave sintering process.In local regions with special microstructure,these particles grew to the same point.Here,the theoretical models of single and multiple particles in the microwave electromagnetic fields were established.Based on these theoretical models and finite element analysis,it shows that the YBCO particles can modulate the distribution of electromagnetic fields,resulting in the significantly higher electric field intensity at the particle junctions than other regions.Moreover,there were very high electric field intensity and temperature gradients in the directions of particle growth.These factors were crucial in directional sintering.These results will provide theoretical basis and technical guidance for the controllable preparation and performance optimization of the internal microstructure of superconducting materials in the preparation process.

关键词： Synchrotron radiation computed tomography Microwave sintering Microstructure In situ

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“碳纤维-石墨烯”混合体系在3D打印聚氨酯复合材料力学及微波后处理工艺中的协同作用

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高压物理学报 2024年第3期38卷 149-157页

作者：王久强李永存刘朝阳雷科明郭章新栾云博太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024

为研究“碳纤维-石墨烯”(carbon fiber-graphene,CF-G)增强热塑性聚氨酯(TPU)复合材料3D打印试件的力学性能以及微波后处理的影响,通过螺杆挤出工艺制备了CF-G增强TPU(G+CF/TPU)复合材料线材,然后采用熔融沉积成型技术和微波后处理工艺... 详细信息

为研究“碳纤维-石墨烯”(carbon fiber-graphene,CF-G)增强热塑性聚氨酯(TPU)复合材料3D打印试件的力学性能以及微波后处理的影响,通过螺杆挤出工艺制备了CF-G增强TPU(G+CF/TPU)复合材料线材,然后采用熔融沉积成型技术和微波后处理工艺,制备了G+CF/TPU复合材料3D打印试件。研究表明,CF-G异质结构能够协同提高TPU复合材料的力学性能,特别是采用新型微波后处理工艺后,G+CF/TPU试件的拉伸强度和韧性得到进一步提高。其原因是CF-G异质结构与微波的协同作用促进了增强相与基体之间的界面黏结,减少了3D打印过程中点、层和道之间的内部缺陷。研究结果对于探索3D打印材料的力学性能强化和后处理工艺优化具有积极的意义。

关键词： 3D打印碳纤维热塑性聚氨酯力学性能微波处理协同效应

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Borehole stability in naturally fractured rocks with drilling mud intrusion and associated fracture strength weakening:A coupled DFN-DEM approach

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第5期16卷 1565-1581页

作者： Yaoran Wei yongcun Feng Zhenlai Tan Tianyu Yang Xiaorong li Zhiyue Dai Jingen Deng College of Petroleum Engineering China University of Petroleum (Beijing)Beijing102249China State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting China University of Petroleum (Beijing)Beijing102249China College of Safety and Ocean Engineering China University of PetroleumBeijing102249China

Borehole instability in naturally fractured rocks poses significant challenges to drilling.Drilling mud invades the surrounding formations through natural fractures under the difference between the wellbore pressure(P w)and pore pressure(P p)during drilling,which may cause wellbore instability.However,the weakening of fracture strength due to mud intrusion is not considered in most existing borehole stability analyses,which may yield significant errors and misleading predictions.In addition,only limited factors were analyzed,and the fracture distribution was oversimplified.In this paper,the impacts of mud intrusion and associated fracture strength weakening on borehole stability in fractured rocks under both isotropic and anisotropic stress states are investigated using a coupled DEM(distinct element method)and DFN(discrete fracture network)method.It provides estimates of the effect of fracture strength weakening,wellbore pressure,in situ stresses,and sealing efficiency on borehole stability.The results show that mud intrusion and weakening of fracture strength can damage the borehole.This is demonstrated by the large displacement around the borehole,shear displacement on natural fractures,and the generation of fracture at shear limit.Mud intrusion reduces the shear strength of the fracture surface and leads to shear failure,which explains that the increase in mud weight may worsen borehole stability during overbalanced drilling in fractured formations.A higher in situ stress anisotropy exerts a significant influence on the mechanism of shear failure distribution around the wellbore.Moreover,the effect of sealing natural fractures on maintaining borehole stability is verified in this study,and the increase in sealing efficiency reduces the radial invasion distance of drilling mud.This study provides a directly quantitative prediction method of borehole instability in naturally fractured formations,which can consider the discrete fracture network,mud intrusion,and associated weakening of fracture strength.The info

关键词： Borehole stability Naturally fractured rocks Weakening of fracture strength Discrete fracture network Distinct element method

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In situ investigation of SiC powder's microwave sintering by SR-CT technique

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Science China(Technological Sciences) 2011年第6期54卷 1382-1388页

作者： li yongcun XU Feng HU XiaoFang QU HongYan MIAO Hong ZHANG Zhong XIAO TiQiao Chinese Academy Sciences Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials University of Science and Technology of China Hefei 230026 China National Center for Nanoscience and Technology of China Beijing 100190 China Shanghai Synchrotron Radiation Facility Shanghai 201204 China

Microwave sintering is being developed as a novel technique for the preparation of dense structural ceramics,but the mature theory has not been established due to the technical difficulties.The synchrotron radiation X-ray computed tomography(SR-CT) technique was introduced for the first time into the study of microwave sintering to in-situ observe the microstructure evolution of silicon carbide(SiC) material in this paper.By applying the SR-CT technique,the reconstructed 2D and 3D images of the specimen were obtained and the double logarithm curve of mean neck size and time(Ln(x)-Ln(t)) were obtained from these reconstructed images.Various sintering phenomena including sintering neck growth during microwave treatment were observed from the reconstructed images.Furthermore,the differences in microstructure evolution and sintering kinetics between microwave and conventional sintering were analyzed based on the reconstructed images and the Ln(x)-Ln(t) curve.1) The sharp surface of grains near the contact region distinctly grew blunt and the sintering neck growth between these grains were obviously observed at the early stage.Besides,the larger particles grew faster than smaller ones.The main reason for these phenomena may be the micro-focusing effect of electric fields.2) During each of the three sintering stages,the sintering kinetics curve of double logarithm relationship between mean neck size and time shows a good linear relationship,but at the middle stage the slope of the curve increases dramatically,which is quite larger than conventional sintering.The preliminary interpretation for these extraordinary phenomena has been discussed in details.

关键词：微波烧结 CT技术碳化硅粉末 SR 双对数曲线计算机断层扫描烧结动力学结实

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第一性原理计算在电化学腐蚀中的应用研究进展

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材料导报 2023年第12期37卷 159-169页

作者：王勇张微微李永存张旭昀孙丽丽东北石油大学机械科学与工程学院黑龙江大庆163318 黑龙江省石油石化多相介质处理及污染防治重点实验室黑龙江大庆163318

第一性原理从微观角度对材料性质进行模拟和研究,是一种涉及材料科学、物理学、化学、计算机科学及人工智能的计算方法。近年来,第一性原理计算应用于材料电化学腐蚀领域,可在原子层面分析腐蚀和氧化的微观作用机理和微观机制,从电子层... 详细信息

第一性原理从微观角度对材料性质进行模拟和研究,是一种涉及材料科学、物理学、化学、计算机科学及人工智能的计算方法。近年来,第一性原理计算应用于材料电化学腐蚀领域,可在原子层面分析腐蚀和氧化的微观作用机理和微观机制,从电子层面解释腐蚀产生的内在原因,为腐蚀科学研究开辟了一条新思路和研究方向。本文通过对现有研究成果调研分析,阐述了第一性原理基本方法,综述了第一性原理计算在材料表面吸附与扩散、钝化膜及界面稳定性、元素掺杂及夹杂相溶解、缓蚀与电池电化学、高熵合金及非晶合金腐蚀等方面的研究机理及国内外研究进展。全文总结了第一性原理在腐蚀各领域应用存在的问题,在腐蚀过程直接表征、材料定量建模计算、非晶结构和非晶相建模、腐蚀全过程模拟等方面亟待开展深入研究。最后对第一性原理计算应用于腐蚀研究的发展方向进行了展望。本文对于研究金属表面吸附对腐蚀性能的影响机理、讨论钝化膜与界面稳定性和破坏机理、揭示元素掺杂与析出相诱发基体腐蚀的本质、深入理解缓蚀机理并设计新型缓蚀剂,以及描述高熵合金或非晶结构中局域结构动态演化过程等方面有重要的理论指导意义,对于扩展第一性原理在腐蚀科学研究中的应用具有很好的指导价值。

关键词：第一性原理计算第一性原理分子动力学腐蚀电池电化学非晶合金

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3D打印仿海螺壳-珍珠贝壳混合设计复合材料的动态响应

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复合材料学报 2023年第9期40卷 5423-5432页

作者：齐国梁郭章新卫世义武晓东李永存安连浩王可太原理工大学机械与运载工程学院应用力学研究所太原030024 太原理工大学材料强度与结构冲击山西省重点实验室太原030024 力学国家级实验教学示范中心(太原理工大学) 太原030024

通过静态三点弯和动态三点弯实验,研究了基于海螺壳和珍珠贝壳层的仿生混合设计复合材料在不同应变率下海螺壳单元倾斜角度对试样断裂行为的影响。使用软相和硬相两种基体材料通过3D打印技术制备4组试样,基于准静态和动态三点弯冲击实验... 详细信息

通过静态三点弯和动态三点弯实验,研究了基于海螺壳和珍珠贝壳层的仿生混合设计复合材料在不同应变率下海螺壳单元倾斜角度对试样断裂行为的影响。使用软相和硬相两种基体材料通过3D打印技术制备4组试样,基于准静态和动态三点弯冲击实验,得到了4组试样的载荷-位移曲线和起裂功等参数。结果表明:不同应变率下结构发生不同的裂纹偏转路径,在较低的应变率下,45°样品强度高,吸能效果好,30°样品断裂韧性较好;在较高应变率下,45°样品强度与韧性较好。最后,通过落锤实验,研究了不同冲击速度对混合设计结构板破坏的影响,得到了临界破坏速度及两种破坏模式。落锤实验表明,当冲击速度达到1.8 m/s时,继续增加冲击速度至2.0 m/s对仿海螺壳-珍珠贝壳结构的动态响应无明显影响。结构起裂前吸收的能量和起裂后吸收的能量在总吸能中的占比趋于稳定。

关键词： 3D打印海螺壳结构砖泥结构三点弯实验落锤实验

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短碳纤维增强仿生材料设计及其力学性能

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高压物理学报 2023年第4期37卷 53-61页

作者：杨正青栾云博张巨旗闻贞王维李明臻李永存太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024

在自然进化中,众多生物材料因其内部多级结构的精巧配合表现出卓越的力学性能。碳纤维作为一种性能优异的人工材料,为仿生材料设计与制备提供了重要的原材料支撑。以短碳纤维和聚氨酯为原料,发展了一种针管挤制和蒸发固化方法,制备出具... 详细信息

在自然进化中,众多生物材料因其内部多级结构的精巧配合表现出卓越的力学性能。碳纤维作为一种性能优异的人工材料,为仿生材料设计与制备提供了重要的原材料支撑。以短碳纤维和聚氨酯为原料,发展了一种针管挤制和蒸发固化方法,制备出具有特定纤维取向的短碳纤维增强聚氨酯复合材料薄膜,利用叠层固化成型方法,制备出具有不同层间夹角的仿螳螂虾螺旋叠层结构材料。在此基础上,通过拉伸性能测试及拉伸过程中材料内部微观形貌表征,对该仿生材料的力学增强机理进行研究。结果表明:短碳纤维在薄膜材料中具有良好的取向一致性,当纤维取向角为45°时,单层薄膜的拉伸强度最高;在螺旋叠层结构中,当层间夹角为30°时,仿生材料的拉伸强度最高,这主要是由材料内部纤维端部引起的损伤破坏以及界面脱粘引起的失效破坏所调控。研究结果对于设计和制备高性能短纤维增强复合材料、实现其性能优化具有指导意义。

关键词：短碳纤维仿生设计力学性能微观表征

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非遗新闻编译中的叙事建构策略——以人民网德文版为例

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绥化学院学报 2022年第2期42卷 71-72页

作者：朱越李永村合肥学院外国语学院德语系安徽合肥230601 天津外国语大学欧洲语言文化学院德语系天津300204

文章结合人民网德文版非遗新闻相关编译实例,解读译者运用选择性采用、搭建时空框架、加标记建构这三种叙事建构策略,从而收到良好的翻译效果,为叙事理论指导非通用语种新闻编译注入新内涵。在新闻编译工作中恰当地使用叙事建构策略,有... 详细信息

文章结合人民网德文版非遗新闻相关编译实例,解读译者运用选择性采用、搭建时空框架、加标记建构这三种叙事建构策略,从而收到良好的翻译效果,为叙事理论指导非通用语种新闻编译注入新内涵。在新闻编译工作中恰当地使用叙事建构策略,有助于推进非遗新闻的海外传播。

关键词：非物质文化遗产新闻编译叙事建构策略

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基于体素选择的自适应数字体积相关方法

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实验力学 2023年第2期38卷 165-175页

作者：袁山明苏勇肖宇胡小方李永存许峰中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230026 太原理工大学机械与运载工程学院国家级力学实验教学示范中心山西太原030024

数字体积相关(Digital Volume Correlation,简称DVC)方法是一种非接触、非干涉的内部三维变形场测量方法,其基本原理是通过匹配物体变形前、后的体图像来测量变形,目前已成为实验力学领域最重要的内部变形测量手段之一。DVC方法计算量大... 详细信息

数字体积相关(Digital Volume Correlation,简称DVC)方法是一种非接触、非干涉的内部三维变形场测量方法,其基本原理是通过匹配物体变形前、后的体图像来测量变形,目前已成为实验力学领域最重要的内部变形测量手段之一。DVC方法计算量大,计算时间长,同时,DVC子体块易受成像噪声影响,会降低测量精度。针对上述问题,提出一种基于体素选择的自适应DVC方法(VSA-DVC),该方法将子体块内体素灰度梯度作为判据进行有效体素筛选,构建只包含有效体素的不定形子体块参与配准过程,可以同时提升计算效率和测量精度。

关键词：自适应数字体积相关灰度梯度体素选择不定形子体块

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碳纤维-手撕钢复合材料的力学性能及除冰功能

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高压物理学报 2023年第5期37卷 71-79页

作者：闻贞张国亮蒋麒李永存郭章新栾云博太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024

碳纤维增强复合材料因其轻质高强等优异特性,在轨道交通、航空航天等领域具有重要作用。然而,作为高空飞行器表面结构材料,碳纤维复合材料在低温环境中存在力学性能衰减和结冰等问题,严重影响了其服役安全性。以单向碳纤维预浸料和不锈... 详细信息

碳纤维增强复合材料因其轻质高强等优异特性,在轨道交通、航空航天等领域具有重要作用。然而,作为高空飞行器表面结构材料,碳纤维复合材料在低温环境中存在力学性能衰减和结冰等问题,严重影响了其服役安全性。以单向碳纤维预浸料和不锈钢超薄带即手撕钢为原材料,采用铺层固化的方法,设计了不同裁剪形状的手撕钢与碳纤维铺层的“碳纤维-手撕钢”复合材料,并对其在电流驱动下的力学性能和除冰功能进行研究。研究表明,手撕钢不仅能够改善复合材料内部的应力分布,提升力学性能,而且由于手撕钢的电流致热效应,能够实现复合材料的温度调控,从而进一步改善材料的强度和吸能特性。此外,手撕钢的裁剪宽度对于调控电流通路及其致热效应具有重要影响,是优化材料力学性能和除冰功能的关键因素。研究结果对于“碳纤维-手撕钢”复合材料的力学设计和电流驱动除冰功能实现具有一定的指导意义,并有望在航天航空等领域得到重要应用。

关键词：碳纤维-金属复合材料应力分布力学性能电流除冰

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