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铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响

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原子与分子物理学报 2025年第5期42卷 123-129页

作者：杨飞龙向鑫胡立张桂凯陈长安中国工程物理研究院材料研究所江油621908

在长期高温服役过程中,铀床的氚渗透泄露问题是聚变堆涉氚系统中需要关注的焦点之一,而一种行之有效的解决思路是在内壁制备阻氚涂层.然而,服役过程中通过热扩散渗入涂层内部的铀可能在阻氚涂层氢行为中起作用,进而影响其服役可靠性.基... 详细信息

在长期高温服役过程中,铀床的氚渗透泄露问题是聚变堆涉氚系统中需要关注的焦点之一,而一种行之有效的解决思路是在内壁制备阻氚涂层.然而,服役过程中通过热扩散渗入涂层内部的铀可能在阻氚涂层氢行为中起作用,进而影响其服役可靠性.基于此,采用第一性原理计算方法,研究了铀对α-Al_(2)O_(3)中氢与本征点缺陷相互作用的影响.结果发现,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的存在形式、电荷态及相对稳定性有重要影响.从形成能观点来看,铀对α-Al_(2)O_(3)中空位型本征点缺陷及氢相关缺陷的形成有利,且α-Al_(2)O_(3)中空位型点缺陷对氢的捕陷能力因铀的引入显著增加.研究结果对α-Al_(2)O_(3)基内壁阻氚涂层在氚工艺系统铀床中应用的可靠性评估具有重要的指导意义.

关键词：铀本征点缺陷氢相关缺陷相互作用 α-Al_(2)O_(3)

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风扇叶片非同步振动研究

航空动力学报 2025年

作者：吕彪孟卫华陈剑张鹏侯明中国航发湖南动力机械研究所

为了排查前掠风扇叶片低转速性能录取试验过程中发生疲劳断裂的原因，并对风扇叶片改进设计，仿真分析排除了叶片共振和颤振致破坏，高周疲劳分析得到风扇叶片2阶模态危险点与裂纹起始位置吻合，分析认为在低转速下风扇叶片叶尖处存在... 详细信息

为了排查前掠风扇叶片低转速性能录取试验过程中发生疲劳断裂的原因，并对风扇叶片改进设计，仿真分析排除了叶片共振和颤振致破坏，高周疲劳分析得到风扇叶片2阶模态危险点与裂纹起始位置吻合，分析认为在低转速下风扇叶片叶尖处存在不稳定气流，产生6.5倍转频激振力，激起了风扇叶片2阶固有模态，进而引发叶片非同步振动。叶尖振幅测量和动态压力测量试验验证了分析结果，在断裂故障转速，动态压力信号出现多个非同步频率，同时风扇叶尖振幅3.7mm，裂纹起始位置振动应力671.2MPa。风扇叶片前掠过大，导致前掠部分局部弯曲模态频率低，易被激起共振。改进措施是切除叶片部分前掠，消除前掠部分局部弯曲模态，试验验证改进措施有效。对前掠小展弦比风扇叶片规避非同步振动设计有借鉴意义。

关键词：风扇叶片前掠非同步振动疲劳断裂不稳定气流动态压力叶尖振幅

冲击载荷作用下高能管道塑性大变形的最大挠度预测方法

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核动力工程 2025年

作者：顾睿杰董成武何建孙晓丹姚迪哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院中国核动力研究设计院

高能管道在冲击载荷的作用下,结构会发生大挠度变形。为了预测高能管道的最大变形挠度,本文基于膜力因子法(MFM)推导了适用于该结构的膜力因子,建立了相较于传统方法更便捷的跨中挠度计算方法,并与数值模拟结果和试验结果进行了对比,验... 详细信息

高能管道在冲击载荷的作用下,结构会发生大挠度变形。为了预测高能管道的最大变形挠度,本文基于膜力因子法(MFM)推导了适用于该结构的膜力因子,建立了相较于传统方法更便捷的跨中挠度计算方法,并与数值模拟结果和试验结果进行了对比,验证了其准确性。研究结果表明:MFM对管道结构挠度预测有较高的准确度;跨中挠度的大小由变量因子控制,跨中挠度随着冲击荷载与管道长度的增加而增加,随着塑性极限弯矩的增加而减小。由于MFM未考虑截面塌陷所耗散的能量,所以对于椭圆化程度较高的管道挠度预测结果与实际情况相比偏大,但是由于管道内部高能流体的支承,管道的塌陷效应不明显,因此该方法可用于对高能管道大挠度变形的预测。针对塌陷程度较高的管道,结合塌陷模型对MFM预测结果进行了修正,大大提高了预测方法的准确性。

关键词：膜力因子法(MFM) 跨中挠度塌陷模型高能管道塑性大变形

锆合金燃料包壳Cr基涂层的微观结构及微动磨损性能

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中国表面工程 2025年

作者：余建国李正阳宁闯明余施佳蔡振兵西南交通大学摩擦学研究所中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室

压水堆（Pressurized water reactors， PWRs）内流致振动（Flow induced vibration， FIV）导致的定位格架与燃料棒之间的微动磨损（Grid-to-rod fretting， GTRF）是压水堆燃料包壳失效的主要原因，它可能导致燃料包壳破损，进而引发... 详细信息

压水堆（Pressurized water reactors， PWRs）内流致振动（Flow induced vibration， FIV）导致的定位格架与燃料棒之间的微动磨损（Grid-to-rod fretting， GTRF）是压水堆燃料包壳失效的主要原因，它可能导致燃料包壳破损，进而引发放射性物质泄漏等一系列严重事故的发生。Cr基涂层作为事故容错燃料（Accident tolerant fuel， ATF）包壳最有发展前景的候选涂层之一，其微动磨损性能研究对于提升核反应堆的安全性、效率和应对复杂服役环境挑战具有重要意义。采用磁控溅射工艺在锆合金表面制备了Cr、CrN、CrAlN和CrAlSiN等四种涂层，分析了涂层的微观结构和物相组成。开展微动磨损试验，探究了锆合金及不同涂层的微动磨损性能及磨损机理。结果表明：不同涂层表面有金属熔滴形成的颗粒物，表面结构致密且硬度相较于锆合金基体更高，其中，CrN涂层表面最为光滑，粗糙度仅为0.10 μm。不同涂层的磨损深度及磨损率相较于锆合金均显著降低，CrN涂层和CrAlSiN涂层磨损程度近似且最轻，其磨损率约为锆合金的1/7，磨损深度约为锆合金的1/5。综合该两种涂层的表面完整性及耐磨损性能，CrN涂层更优。锆合金磨损机制主要为粘着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损，而不同涂层的磨损机制主要为磨粒磨损和腐蚀磨损。以上研究成果对于提升ATF材料性能、揭示磨损机制以及推动技术创新与应用的起到重要作用。

关键词： Cr基涂层锆合金微观结构微动磨损磨损机理

移动点载荷作用下BCC点阵夹芯圆板振动特性分析

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振动工程学报 2025年

作者：黄舟雷雅稀刘勇石先杰中国工程物理研究院总体工程研究所

针对BCC(Body-centered cubic)点阵夹芯圆板振动特性难以高效、快速预测问题，构建了半解析理论分析模型，并开展了不同参数下BCC点阵夹芯板振动特性影响规律研究。通过材料参数等效将BCC点阵夹芯等效为均质圆板，推导了三维弹性理论下... 详细信息

针对BCC(Body-centered cubic)点阵夹芯圆板振动特性难以高效、快速预测问题，构建了半解析理论分析模型，并开展了不同参数下BCC点阵夹芯板振动特性影响规律研究。通过材料参数等效将BCC点阵夹芯等效为均质圆板，推导了三维弹性理论下BCC点阵夹芯圆板各层的能量表达式，并分别通过人工弹簧技术和耦合罚函数法来模拟不同的边界条件以及层间耦合边界。通过改进傅里叶级数和波数展开法描述各层的位移分量，并结合瑞利-里兹法和Newmark法获得BCC点阵夹芯圆板的频率和瞬态响应。通过数值算例验证了该模型的有效性和准确性，并讨论了晶胞高度、桁架半径以及晶胞长宽等参数对BCC点阵夹芯圆板振动特性的影响规律，为实际工程应用提供理论指导。

关键词： BCC点阵结构圆板移动载荷三维弹性理论改进傅里叶级数

强动载下加载压力与间隙尺寸对间隙射流形成的影响

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爆炸与冲击 2025年

作者：康怀浦邓秋阳任国武孙占峰陈永涛汤铁钢中国工程物理研究院流体物理研究所

加工与装配的公差导致间隙在工程结构中广泛存在，强动载下间隙内可能产生威胁结构可靠性与安全性的间隙射流，而间隙射流的形成机制与传统高速金属射流不同，其形成过程尚需进行系统的研究。基于二级轻气炮对带有间隙的金属钨样品进行... 详细信息

加工与装配的公差导致间隙在工程结构中广泛存在，强动载下间隙内可能产生威胁结构可靠性与安全性的间隙射流，而间隙射流的形成机制与传统高速金属射流不同，其形成过程尚需进行系统的研究。基于二级轻气炮对带有间隙的金属钨样品进行超高速冲击加载实验，通过高速分幅照相系统记录了间隙射流的形成及演化过程。采用ANSYS Autodyn软件建立了预测间隙射流形成的数值模型，并基于代表性实验获取的射流形态及头部速度历史验证了该数值模型的适用性。通过调整数值模型中的飞片速度、间隙宽度和间隙半角，分别研究了这三者对间隙射流形成的影响，分析了定常射流模型的局限性。在此基础上，结合数值模拟结果，提出了预测间隙射流头部速度与质量的经验模型。研究表明，基于欧拉方法建立的数值模型能够较为准确地预测强动载下间隙射流的形成。加载压力是控制射流头部速度与质量的主要因素，随着加载压力的增加，射流头部速度与质量也相应增加。间隙宽度与间隙半角对射流头部速度的影响较小，但其质量随间隙宽度与间隙半角的增加呈线性增长。由于间隙闭合速度的估算存在较大误差，定常射流模型未能准确预测间隙射流的形成，而所提出的经验模型与数值模拟结果具有较好的吻合度。

关键词：超高速碰撞高速射流数值模拟加载压力间隙尺寸

典型炸药对高海拔长直坑道内爆炸冲击波阵面温度传播特性的影响

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清华大学学报(自然科学版) 2025年

作者：雒泓宇胡宇鹏冯晓伟王峰军李明海中国工程物理研究院总体工程研究所

为了研究高海拔环境下不同类型炸药在长直坑道内爆炸的冲击波阵面温度的传播特征,该文基于Hugoniot原理与Sachs无量纲修正方法,建立了适用于凝聚态炸药的高海拔长直坑道内爆炸冲击波阵面温度与超压峰值的映射理论模型,并通过多介质流动... 详细信息

为了研究高海拔环境下不同类型炸药在长直坑道内爆炸的冲击波阵面温度的传播特征,该文基于Hugoniot原理与Sachs无量纲修正方法,建立了适用于凝聚态炸药的高海拔长直坑道内爆炸冲击波阵面温度与超压峰值的映射理论模型,并通过多介质流动数值计算进行了验证。理论与数值计算结果表明,海拔4 000 m处不同凝聚态炸药的平面波形成距离较海拔0 m处平均增加24.8%,冲击波阵面温度峰值平均升高27%;相同海拔下,随炸药单位体积内能的升高,平面波形成距离平均延长0.89 m/GPa,冲击波阵面温度峰值平均升高13℃/GPa。二者的偏差不大于10%。该成果可为研究高海拔环境下凝聚态炸药坑道内爆炸的冲击波阵面温度传播提供理论依据。

关键词：爆炸温度长直坑道传播规律海拔高度凝聚态炸药

干法带药缠绕复合材料壳体药柱结构与承压性能

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复合材料学报 2025年

作者：高志强金书明郑庆杨明林天一许辉上海航天动力技术研究所

基于固体火箭发动机复合材料壳体样机常温地面静止试验与液压爆破试验相同测点应变测试值的普遍差异性，本文研究了药柱模量、药柱尺寸及药型对碳纤维复合材料缠绕结构层的承压特性影响。其中，根据不同药柱状态下壳体样机试验测试结果... 详细信息

基于固体火箭发动机复合材料壳体样机常温地面静止试验与液压爆破试验相同测点应变测试值的普遍差异性，本文研究了药柱模量、药柱尺寸及药型对碳纤维复合材料缠绕结构层的承压特性影响。其中，根据不同药柱状态下壳体样机试验测试结果，结合渐进损伤数值计算分析手段阐述了不同药柱状态下引起壳体表面应变分布大小差异的主要原因，在此基础上对壳体筒段承压特征截面建立弹性层-承压结构层解析模型分析对应的药柱-缠绕结构层特征，对其进行承压结构层应力解析解计算，并结合基于参数化建模的数值计算分析，重点就药柱力学性能、尺寸参数以及包含星形和车轮形等不同结构形式的药柱对缠绕结构层承压特性的影响进行对比分析。研究结果表明：药柱结构形式的不同几乎不会引起复合材料缠绕结构层应力分布形式的改变，但对结构层各位置的应力大小有较大影响，基本表现为随着药量的消耗，药柱分担的载荷减小、结构层所受主应力增大、壳体应变响应值越大。进一步结合解析解计算结果与参数化建模数值计算结果可知：当药柱模量越小，药柱肉厚的改变对缠绕结构层应力响应的影响越小；同样的，药柱肉厚越小，模量变化对缠绕结构层的应力响应影响越小，相较于无药柱壳体，当药柱厚度为壳体半径名义值的20%时，药柱模量从5MPa到25MPa的改变引起缠绕结构层应力响应偏差的变化范围仅1%～1.54%；星形、车轮形药柱的特征长度是影响缠绕结构层应力响应的主导因素，星角数或者轮辐数的改变所引起的缠绕结构层应力差异不到1%。

关键词：干法带药缠绕复合材料壳体地面静止试验渐进损伤分析药柱结构数值-解析分析

蓝宝石透明装甲迎弹层冲击破坏特性及抗弹机理研究

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兵器材料科学与工程 2025年

作者：王思嘉于楷鸿牟晓明高闯于永波梁家毅刘博文张恒郡刘发付中国兵器科学研究院宁波分院内蒙古金属材料研究所

单晶氧化铝(蓝宝石)是一种兼具优异力学性能和光学性能的透明防护材料，在低面密度和高防护透明装甲方面具有非常大的应用价值。为了探究蓝宝石透明装甲的破坏机制和抗弹机理，本文采用高速摄影技术捕捉了穿甲燃烧弹侵彻蓝宝石透明复合... 详细信息

单晶氧化铝(蓝宝石)是一种兼具优异力学性能和光学性能的透明防护材料，在低面密度和高防护透明装甲方面具有非常大的应用价值。为了探究蓝宝石透明装甲的破坏机制和抗弹机理，本文采用高速摄影技术捕捉了穿甲燃烧弹侵彻蓝宝石透明复合装甲的瞬态过程。通过分析迎弹层的裂纹扩展形式，研究了蓝宝石和玻璃迎弹层抗穿甲燃烧弹侵彻的破坏特性及迎弹层厚度对其抗弹机制的影响规律。结果表明：在12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻下，蓝宝石迎弹层径向裂纹扩展速度为2 512.8 m/s，裂纹末端分叉形成树枝状裂纹簇。当蓝宝石厚度从6 mm增至8 mm时，裂纹扩展速度降至2 274.1 m/s，透明装甲迎弹层抗弹能力提高。结合碎片显微组织分析，揭示了蓝宝石透明装甲迎弹层微观结构-宏观破坏特性-抗弹机制之间的关系，明确了迎弹层裂纹萌生、裂纹扩展、破碎失效的抗弹机理。为迎弹层材料的优化提供理论指导，也为蓝宝石透明复合装甲的设计提供参考依据。

关键词：蓝宝石迎弹层高速摄影穿甲燃烧弹冲击破坏抗弹机理