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基于空间极坐标卷积的流体动力学预测

北京邮电大学学报 2024年第4期47卷 44-49页

作者：杜飞龙班晓娟张雅斓董子瑞王笑琨北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学智能科学与技术学院北京100083 北京科技大学顺德创新学院佛山528399 北京科技大学智能仿生无人系统教育部重点实验室北京100083 辽宁材料实验室材料智能技术研究所沈阳110004

流体作为自然界中最基本的物质之一,对其模拟往往需要在精度和效率之间进行取舍。为此,提出了一种端到端体系化的新型卷积网络流体模拟器——PolarNet。首先,将粒子数据转换为三维极坐标表示,设计了PolarConv空间卷积结构。其次,结合物... 详细信息

流体作为自然界中最基本的物质之一,对其模拟往往需要在精度和效率之间进行取舍。为此,提出了一种端到端体系化的新型卷积网络流体模拟器——PolarNet。首先,将粒子数据转换为三维极坐标表示,设计了PolarConv空间卷积结构。其次,结合物理流体模拟器,构建了四层网络结构,设计了网络流体模拟器PolarNet,实现流体的端到端预测。此外,精心设计了基于物理的约束,以强化流体的不可压缩性。实验结果表明,与传统基于建模模拟器相比,PolarNet在提高流体边界的精确性和保持不可压缩性方面有显著提升,同时保证了效率。相较于其他基于学习的流体模拟器,得益于极坐标的空间紧凑表示,PolarNet在具有更少训练参数的情况下,保持了最高的预测稳定性。PolarNet为多模态信息处理提供了新的方法和视角。

关键词：流体动力学模拟空间卷积网络数据驱动体系化模拟器

典型特殊制备技术对无取向电工钢织构的影响规律

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材料工程 2024年第2期52卷 135-145页

作者：金宇晨李志超北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083

电工钢又称硅钢,是一种重要的特殊钢,常被称作特殊钢中的“艺术品”,这主要是因为其加工制备流程复杂、性能影响因素繁多。其中无取向硅钢主要应用于旋转电磁场环境,为了获得优良的软磁性能,需要形成较多的{100}等有利织构,为此研究人... 详细信息

电工钢又称硅钢,是一种重要的特殊钢,常被称作特殊钢中的“艺术品”,这主要是因为其加工制备流程复杂、性能影响因素繁多。其中无取向硅钢主要应用于旋转电磁场环境,为了获得优良的软磁性能,需要形成较多的{100}等有利织构,为此研究人员进行了大量探索,近年来发现一些特殊制备技术在形成大量{100}等有利织构方面有显著效果。本文综述二次轧制、斜轧、异步轧制及双辊薄带连铸四种典型特殊制备技术对无取向硅钢再结晶织构的影响规律,发现二次轧制与双辊薄带连铸均能增强λ与高斯织构,并削弱γ织构,斜轧也会增强λ织构,但对γ织构影响不大,异速异步轧制能增强η织构,而异径异步轧制对再结晶织构却基本没有影响。最后,总结目前各项特殊制备技术存在的缺陷,并提出一些发展方向,如借助斜轧原理在常规冷轧中产生更多剪切带、利用异步轧制进行二次加工以均匀化磁感等,为后续无取向硅钢的工业生产提供更多参考。

关键词：无取向硅钢二次轧制斜轧异步轧制双辊薄带连铸

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增材制造钢中氧化物形成及其控制的研究进展

粉末冶金技术 2024年第3期42卷 264-274,296页

作者：李依阳张瑞杰张聪姜雪王永伟刘赓苏杰北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083 钢铁研究总院特殊钢研究所北京100081

简述了增材制造高性能钢中氧化物的研究概况,包括氧化物的特征和形成,氧化物对熔池的影响,氧化物的破坏和重构机制以及氧化物在熔池中的运动情况,阐述了实现氧化物无害化的设计思路,以期对未来金属增材制造过程中氧化物无害化的研究提... 详细信息

简述了增材制造高性能钢中氧化物的研究概况,包括氧化物的特征和形成,氧化物对熔池的影响,氧化物的破坏和重构机制以及氧化物在熔池中的运动情况,阐述了实现氧化物无害化的设计思路,以期对未来金属增材制造过程中氧化物无害化的研究提供参考。

关键词：增材制造氧化物氧化物冶金控制优化

1300 MPa级中厚板的奥氏体连续冷却行为及淬透性分析

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中国冶金 2024年第9期34卷 132-141页

作者：朱海宾赵燕青石帅黄新贵王学敏北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心河钢材料技术研究院能源材料研发中心

超高强中厚板因其超高的强度、良好的塑韧性以及焊接性能被广泛应用于工程机械以及工业防护领域。为研究1 300 MPa级中厚板的奥氏体连续冷却行为及淬透性高低，通过热模拟试验研究了试验钢在奥氏体连续冷却过程中的组织演变、硬度以及... 详细信息

超高强中厚板因其超高的强度、良好的塑韧性以及焊接性能被广泛应用于工程机械以及工业防护领域。为研究1 300 MPa级中厚板的奥氏体连续冷却行为及淬透性高低，通过热模拟试验研究了试验钢在奥氏体连续冷却过程中的组织演变、硬度以及几何必须位错密度变化规律并绘制了CCT(Continuous Cooling Transformation)曲线，通过端淬试验测定了试验钢的淬透性，并依据上述试验结果进行了中试试验。研究结果表明，随着冷速增加，试验钢组织由铁素体+粒状贝氏体逐步转变为贝氏体+马氏体，硬度和几何必须位错密度不断增加；当冷速大于5℃/s后可得到全马氏体组织，此时硬度和几何必须位错密度趋于稳定，进行调质处理时的淬火冷速宜控制在5～10℃/s。试验钢的淬硬层深度约为30 mm,淬透性优异、可满足30 mm及以下中厚板的淬透性要求。30 mm厚中试试验钢经850℃淬火+180℃回火的调质处理后形成回火马氏体组织，其屈服强度为1 328 MPa、抗拉强度为1 684 MPa、伸长率为13.4%、-40℃冲击功为24.3 J,达到1 300 MPa级超高强钢水平，更高的位错密度和大角度晶界密度是其拥有高强度和良好塑韧性的主要原因，为试验钢的后续热处理工艺制定提供了依据。

关键词： 1300 MPa级中厚板 CCT曲线组织演变几何必须位错密度淬透性力学性能

苝二酰亚胺共价有机框架超级还原剂用于高效光催化芳基卤化物还原反应

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第2期57卷 171-183页

作者：金昱丞刘小琳曲琛李长骏王海龙詹晓宁曹昕怡李晓锋于宝秋张琪齐冬冬姜建壮北京科技大学化学系功能分子与晶态材料科学与应用北京市重点实验室北京材料基因组工程高级创新中心北京100083 北京化工大学材料科学与工程学院有机-无机复合材料国家重点实验室北京100029

自由基离子型分子光催化剂被证实是具有很强还原能力的可见光超级还原剂,它们在促进惰性的有机反应(例如将芳基卤化物还原为芳基自由基)方面具有突出的催化能力.然而,由于分子聚集严重地降低其催化活性,因而针对非均相超级还原剂的研究... 详细信息

自由基离子型分子光催化剂被证实是具有很强还原能力的可见光超级还原剂,它们在促进惰性的有机反应(例如将芳基卤化物还原为芳基自由基)方面具有突出的催化能力.然而,由于分子聚集严重地降低其催化活性,因而针对非均相超级还原剂的研究较少.本文提出了一种新的方法来解决上述问题,通过溶剂热反应将具有连续光诱导电子转移机制的苝二亚胺超级还原剂(PDI)异质化为二维给体-受体(D-A)共价有机框架(COFs).即以N,N'-双(3-戊基)-2,5,8,11-四(4-甲酰基苯基)苝二酰亚胺(TFPDI)与1,3,6,8-四(4-氨基苯基)芘\(Py-TA)或2,3,6,7-四(4-氨基基苯基)四硫富瓦烯(TTF-TA)为原料,通过溶剂热反应分别制备了两种高晶态二维D-A型COF结构:USTB-21和USTB-22,并用于芳基氯化物、芳基溴化物和芳基碘化物的光催化还原反应.X射线衍射和理论模拟结果表明,USTB-21和USTB-22具有二维共价键连接的层状结构,分别呈现AA和AB的堆积方式.在各自最佳反应条件下,COFs显示出与均相催化剂相媲美的可见光催化性能,可高效地还原一系列芳基氯化物、芳基溴化物和芳基碘化物.其中,USTB-22在可见光驱动不同的芳香卤化物还原时,3 h内的转化率高达99%.瞬态吸收光谱结果表明,相比于均相催化剂(N,N'-双(2,6-二异丙基苯基)苝二酰亚胺),自由基阴离子激发态寿命是150 ps,USTB-21和USTB-22具有更长的激发态寿命,分别为210和260 ps.顺磁共振波谱测试结果证明,自由基阴离子光催化剂异质化成晶态D-A型COFs能够有效地促进电荷分离效率和延长激发态寿命.上述结果说明,USTB-22具有良好的光催化性能主要是因为其激发态寿命较长以及电荷分离效率较好.理论模拟结果表明,所制备的材料具有D-A型的电子结构.对COF的模型片段进行理论计算,揭示了各步反应路径中吉布斯自由能的变化,从而进一步阐明了光催化机理.在催化反应过程中,芳基卤化物还原途径可分为两个阶段:第一阶段为双光子能量输入和光驱电子转移,包括光子捕获和(TTF-PDI•−)^(*)产生以及光驱动电子转移到4-溴苯乙酮底物;第二阶段为能量输出,用于还原4-溴苯乙酮底物生成苯乙酮.综上所述,本文通过溶剂热反应将具有连续光诱导电子转移机制的苝二亚胺超级还原剂异质化为二维D-A型COFs结构.该结构在芳基氯化物、芳基溴化物和芳基碘化物等的光催化还原反应中,可很好地促进电子从光催化剂转移到反应物,进而显著提高光催化反应的活性和选择性;本研究对于未来设计新型自由基离子型高效光催化剂提供了新的思路.

关键词：苝酰亚胺共价有机骨架光催化剂均相芳基卤化物的还原

Cu、Ni元素对耐蚀高锰阻尼钢在大气环境中腐蚀行为的影响

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中国表面工程 2024年第2期37卷 27-40页

作者：孙美慧李江文刘文月郭呈宇李天怡徐学旭鞍钢集团北京研究院有限公司北京102200 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100038 中国石油大学(华东)材料科学与工程学院青岛266580

高锰阻尼钢因其高强度、超低屈强比、阻尼性能良好和经济性能优异等特性,在承受较大振动和冲击的桥梁、轨道交通和军工等领域展现出广阔的应用前景。而高锰钢耐蚀性能欠佳一直是限制其快速发展的关键性因素,高锰钢耐蚀性设计及其大气腐... 详细信息

高锰阻尼钢因其高强度、超低屈强比、阻尼性能良好和经济性能优异等特性,在承受较大振动和冲击的桥梁、轨道交通和军工等领域展现出广阔的应用前景。而高锰钢耐蚀性能欠佳一直是限制其快速发展的关键性因素,高锰钢耐蚀性设计及其大气腐蚀行为研究均鲜有报道。为解决高锰钢耐蚀性能欠佳问题,采用真空感应熔炼和两阶段轧制工艺制备3种添加不同Cu、Ni元素含量的耐蚀高锰阻尼钢,通过大气曝晒试验、电化学测试、SEM、XRD和XPS等方法对试验材料的电化学性能、腐蚀速率、腐蚀形貌、腐蚀产物物相及结构进行表征及分析。结果表明:相较于单独添加Cu元素的高锰阻尼钢,钢中添加1.2 wt.%Cu和1.0 wt.%Ni元素腐蚀电位正移近200 mV,腐蚀电流密度降低近50%;曝晒试验后,较高含量的Cu和Ni元素协同添加使腐蚀产物中α-FeOOH含量明显提高,活性较高的MnFe_(2)O_(4)和Mn_(2)O_(3)含量降低,耐蚀产物NiOOH及CuO含量增加。腐蚀产物颗粒均匀细小,产物层整体致密光滑,保护性能提高,其腐蚀速率相较于单独添加Cu元素的高锰阻尼钢降低70%,表现出优异的耐蚀性能。所提出的高锰阻尼钢耐蚀性的成分设计方案及耐蚀机理可为未来高锰阻尼钢在桥梁中的应用提供数据支持。

关键词：高锰阻尼钢腐蚀行为大气环境 X射线光电子能谱仪(XPS)

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相变储热材料强化催化反应过程的研究进展

Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 128-157页

作者：王长安欧阳颖罗一斌高心茹高鸿毅王戈舒兴田北京科技大学材料科学与工程学院北京材料基因工程高精尖创新中心分子与微结构可控材料北京市重点实验室北京100083 中石化石油化工科学研究院有限公司北京100083 中国石油化工股份有限公司长岭分公司湖南岳阳414012 北京科技大学顺德创新学院广东顺德528399

催化过程在化工生产中起着至关重要的作用,开发高性能催化材料是提升催化效率的有效策略之一.然而,多数催化过程伴随的强烈放热或吸热效应往往影响材料的催化效率,甚至可能导致失活.近年来,相变储热材料(PCMs)因具有较好的热管理和能量... 详细信息

催化过程在化工生产中起着至关重要的作用,开发高性能催化材料是提升催化效率的有效策略之一.然而,多数催化过程伴随的强烈放热或吸热效应往往影响材料的催化效率,甚至可能导致失活.近年来,相变储热材料(PCMs)因具有较好的热管理和能量存储性能,在热催化、光催化、生物催化和电化学领域展现出广阔的应用潜力.将PCMs与催化材料相结合,形成PCMs@Catalysts复合材料,可以提升能源利用效率和强化催化反应过程.利用微胶囊技术,可以实现这种复合材料的储热区及催化区的分区组装及功能集成,其中催化材料壳层不仅增强了PCMs热导率和稳定性,还能够有效防止PCMs相变过程的泄漏.同时,PCMs芯材通过吸收/释放反应过程的热量和控制壳层催化材料的温度达到提升催化效率的目的.本综述旨在深入介绍相变材料在强化催化反应方面的最新进展,并为PCMs@Catalysts复合材料的理性设计和可控制备提出见解.本文系统地总结了PCMs@Catalysts复合材料的制备方法及其在热催化、光催化、生物催化和电化学领域的应用进展.PCMs@Catalysts的制备方法主要包括物理法和化学法.物理法,如喷雾干燥法和空气悬浮法,主要通过物理手段将外壳溶液均匀地包覆在PCMs内核表面,形成厚度适中的外壳.而化学法,如原位聚合法、原位沉淀法、悬浮聚合法、诱导氧化法和溶胶-凝胶法等,则通过在PCMs表面原位生长致密的氧化物壳层来实现复合材料的构筑.在应用方面,PCMs组分提升催化反应性能的作用机制主要包括以下三种.(1)自蓄热驱动催化效应:PCMs材料在催化反应中高效储存来自环境余热或太阳能等外界热源的热能,并在移除热源后持续稳定地释放潜热以驱动催化反应的进行.(2)原位温度调节效应:由PCMs芯材存储反应过程中的热量以调节催化材料壳层微环境温度,进而调控催化剂床层温度,防止催化过程热失控并延长催化剂使用寿命.(3)热流/电子协同效应:PCMs释放的热流能够加速催化材料表面底物分子的热运动和光生电子/空穴的迁移,进而克服反应物转化的能量势垒;热流和光生电荷的协同效应有助于提高太阳能的利用率和反应物的转化率.综上,本文系统地总结了PCMs@Catalysts复合材料的合成制备方法、协同作用机制及其在不同催化领域的应用进展.展望未来,PCMs@Catalysts复合材料研究应在保证其综合力学性能的基础上,进一步提高催化性能和储/放热效率.本文旨在为PCMs@Catalysts的理性设计和精准构筑提供参考,也为其在工业领域的规模化应用提供借鉴.

关键词：相变储热材料催化剂微胶囊技术催化性能协同效应

新型多孔三聚氰胺负载MnCe用于高选择性电催化CO_(2)产甲酸

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化学学报 2024年第4期82卷 396-408页

作者：雷雅茹熊廷楷于湘涛黄秀兵唐晓龙易红宏周远松赵顺征孙龙高凤雨北京科技大学能源与环境工程学院工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室北京100083 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

本研究提出了一种尚未见报道的CO_(2)还原电催化剂及其构造,由MnCe作为活性位点,三聚氰胺泡沫(MS)作为载体前驱体的新型电极材料——MnCe-CMS(碳化MS)和MnCe-GOMS(氧化石墨烯活化MS),用于电催化CO_(2)还原研究.结果发现,MnCe-MS具有较... 详细信息

本研究提出了一种尚未见报道的CO_(2)还原电催化剂及其构造,由MnCe作为活性位点,三聚氰胺泡沫(MS)作为载体前驱体的新型电极材料——MnCe-CMS(碳化MS)和MnCe-GOMS(氧化石墨烯活化MS),用于电催化CO_(2)还原研究.结果发现,MnCe-MS具有较宽的电位范围(-0.2~-3 V ***)及较好的产甲酸能力.对比以常用的碳布(CC)为载体的MnCe-CC,MnCe-CMS和MnCe-GOMS的甲酸生成速率分别提高到2.3、2.8倍,法拉第效率分别提高到2.3、2.5倍(MnCe-CC的最佳电位-0.4 V条件下),并且MnCe-GOMS在-0.6 V表现出最佳甲酸法拉第效率(75.72%).这归因于MS材料丰富的孔隙结构、较大的电化学表面积、易形成碳缺陷的特点,分析表明GO的掺入可以进一步增大这些优势;此外,在Mn、Ce共同作用下,有效促进电子传输、抑制析氢竞争反应、形成氧空位,有利于CO_(2)的吸附、活化与转化,从而促进甲酸生成.

关键词：电催化CO_(2)还原技术甲酸 Mn Ce 三聚氰胺泡沫(MS) 氧化石墨烯活化高温碳化

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第一性原理研究钛合金中的沉淀强化

金属学报 2024年第4期60卷 537-547页

作者：程坤陈树明曹烁刘建荣马英杰范群波程兴旺杨锐胡青苗中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 北京理工大学材料学院冲击环境材料技术重点实验室北京100081

为研究合金化对沉淀强化行为的影响,采用第一性原理方法计算了二元Ti-xM(M=Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Ta、W)合金弹性模量随成分的变化,提出了弹性模量Mo当量概念,以高效计算复杂成分钛合金(如Ti-Al-V合金以及Ti55521)的... 详细信息

为研究合金化对沉淀强化行为的影响,采用第一性原理方法计算了二元Ti-xM(M=Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Ta、W)合金弹性模量随成分的变化,提出了弹性模量Mo当量概念,以高效计算复杂成分钛合金(如Ti-Al-V合金以及Ti55521)的弹性模量;结合弹性模量及Russell-Brown沉淀强化模型,研究了二元Ti-xM(M=V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Nb、Mo、Ta、W)合金以及Ti55521合金中的沉淀强化。结果显示,在体积分数及沉淀相颗粒尺寸相同的情况下,Co、Fe、W、Mo、Ni、Mn沉淀强化作用较强,Cr、Nb、Ta强化作用居中,V强化作用最弱。随合金元素含量x增加,沉淀强化作用均有所增强。热机械处理Ti55521合金经短时时效后,沉淀强化作用有所减弱,但长时时效后,沉淀强化效果增强。

关键词：第一性原理钛合金弹性模量沉淀强化强度