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基于变密度法的SLM增材制造无人机承载接头结构拓扑优化设计

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工程科学学报 2025年第1期47卷 56-65页

作者：原帅超王建峰段宇航郝璐静占小红南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核... 详细信息

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核.采用拓扑优化变密度法,以应力最小化为目标、保留质量40%为响应约束,对接头结构进行拓扑优化,根据优化结果设计两种重构方案并进行静力学验证.结果表明,两种模型重构方案分别减重了13.8%和13.3%,在轻量化程度相近的情况下,方案Ⅱ明显具有更小的应力分布以及变形程度,即最优重构方案成功实现轻量化设计,与原结构件相比质量减轻13.3%,且相较于其他方案承载能力最强,满足静态结构设计要求.为大型无人机承载接头结构实现低成本、轻量化的结构设计探索了新的途径.

关键词：拓扑优化静力学分析增材制造轻量化设计结构设计

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电解水制氢技术:进展、挑战与未来展望

工程科学学报 2025年第2期47卷 282-295页

作者：张正宋凌珺北京航空航天大学交通科学与工程学院北京102200

实现全球碳中和是各国在2050年制定的重要目标之一,旨在减缓气候变化的不良影响.氢能作为一种极具潜力的清洁能源,凭借其高能量密度、零碳排放、可再生性强等特性,被视为实现能源转型与应对气候变化的重要载体.为了实现这些目标,利用电... 详细信息

实现全球碳中和是各国在2050年制定的重要目标之一,旨在减缓气候变化的不良影响.氢能作为一种极具潜力的清洁能源,凭借其高能量密度、零碳排放、可再生性强等特性,被视为实现能源转型与应对气候变化的重要载体.为了实现这些目标,利用电解水制取氢气已经成为解决全球碳中和问题的重要关键方案之一.本文综述了碱性电解水、质子交换膜电解水、阴离子交换膜电解水和固体氧化物电解水制氢技术的最新进展,并对这四种电解水技术的工作原理、结构特点以及优缺点进行了详尽比较.此外,总结了电解水制氢催化剂材料的研究进展,尤其是新型材料的开发与结构优化,旨在提升材料的催化活性与稳定性.讨论了海水电解制氢和耦合制氢等新兴技术,强调通过电解质组成优化、高效双功能催化剂开发及利用小分子氧化反应热力学优势,可有效提升电解水制氢效率和系统稳定性.最后,提出了电解水制氢技术的发展趋势与未来研究方向,包括提升催化剂性能、降低电解过程能耗、开发新型电解设备等,旨在促进电解水制氢技术的进步,助力全球碳中和目标的实现,并为未来的研究提供参考与指导.

关键词：碳中和氢能电解水制氢催化剂电极材料

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基体合金元素对SiC/Al界面结合影响的第一性原理及实验研究

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无机材料学报 2019年第11期34卷 1167-1174页

作者：邹爱华周贤良康志兵饶有海吴开阳南昌航空大学材料科学与工程学院

采用基于密度泛函理论的第一性原理及实验相结合的方法,探讨了Al基体中分别掺杂Mg、Si、Cu合金元素对SiC/Al界面结合的影响,重点考察了合金元素在界面偏聚时的电子结构和成键情况。研究表明:在未掺杂Al/SiC体系界面结构优化时,以Si原子... 详细信息

采用基于密度泛函理论的第一性原理及实验相结合的方法,探讨了Al基体中分别掺杂Mg、Si、Cu合金元素对SiC/Al界面结合的影响,重点考察了合金元素在界面偏聚时的电子结构和成键情况。研究表明:在未掺杂Al/SiC体系界面结构优化时,以Si原子为终止面的Brigde结构是最稳定的结合方式;当合金元素分别替换界面处的Al原子后,界面处原子的分波态密度、Muliken电荷及成键原子集居数等电子结构参数均有不同程度的变化,这不仅增加了界面处Si与Al原子结合,同时也增强了界面处和亚界面处的Al基体和SiC增强相原子之间的相互作用,使体系更加稳定,界面黏着功均有不同提升;其中掺Mg提升效果最明显,其次为掺Cu和掺Si;利用第一性原理计算的掺杂Al/SiC体系黏着功和实验值较为接近且变化规律相同。

关键词：合金元素 SiC/Al界面界面结合第一性原理

电解液组分对TiC_P/Ti6Al4V复合材料微弧氧化膜耐蚀性及耐磨性影响

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无机材料学报 2017年第4期32卷 418-424页

作者：罗军明吴小红徐吉林南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063

采用微弧氧化技术在TiC_P/Ti6Al4V复合材料表面制备陶瓷膜。在NaAlO_2和NaH_2PO_2两种溶液体系中通过添加不同添加剂NaOH、C_(10)H_(12)CaNa_2N_2O_8·4H_2O和Na_2SiO_3,研究电解液组分对陶瓷膜组织、耐蚀性和耐磨性的影响。结果表明:在... 详细信息

采用微弧氧化技术在TiC_P/Ti6Al4V复合材料表面制备陶瓷膜。在NaAlO_2和NaH_2PO_2两种溶液体系中通过添加不同添加剂NaOH、C_(10)H_(12)CaNa_2N_2O_8·4H_2O和Na_2SiO_3,研究电解液组分对陶瓷膜组织、耐蚀性和耐磨性的影响。结果表明:在NaH_2PO_2电解液体系中生成的膜层由金红石型和锐钛矿型TiO_2相组成,而在NaAlO_2体系中除了生成TiO_2外,还生成了Al_2TiO_5和g-Al_2O_3。添加NaOH可以加快微弧氧化反应速率,添加NaAlO_2和Na_2SiO_3有利于提高膜层的硬度,NaH_2PO_2溶液体系中形成的膜层厚度是NaAlO_2溶液体系的2~3倍。在NaAlO_2和NaH_2PO_2电解液体系中生成的膜层,其耐腐蚀性能排序均为:Na_2SiO_3>C_(10)H_(12)CaNa_2N_2O8·4H_2O>NaOH。在NaAlO_2电解液体系中生成的膜层的耐磨性能排序为:Na_2SiO_3>NaOH>C_(10)H_(12)CaNa_2N_2O_8·4H_2O,而在NaH_2PO_2电解液体系中生成的膜层的耐磨性能排序为:Na_2SiO_3>C_(10)H_(12)CaNa_2N_2O_8·4H_2O>NaOH。TiC_P/Ti6Al4V复合材料经过微弧氧化处理后,耐磨性和耐蚀性均优于基体,在NaH_2PO_2+Na_2SiO_3电解液中生成的微弧氧化膜的耐蚀性最好,耐磨性也较好,其腐蚀电流密度较钛基复合材料基体降低约2个数量级,因此综合性能最好。

关键词：钛基复合材料微弧氧化电解液耐蚀性耐磨性

石墨烯在Al_2O_3(0001)表面生长的模拟研究

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物理学报 2017年第21期66卷 341-347页

作者：李锦锦李多生洪跃邹伟何俊杰南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063

基于密度泛函理论的广义梯度近似法,对用化学气相沉积法在蓝宝石(α-Al_2O_3)(0001)表面上生长石墨烯进行理论研究.研究结果表明:CH_4在α-Al_2O_3(0001)表面上的分解是吸热过程,由CH_4完全分解出C需要较高能量及反应能垒,这些因素不利... 详细信息

基于密度泛函理论的广义梯度近似法,对用化学气相沉积法在蓝宝石(α-Al_2O_3)(0001)表面上生长石墨烯进行理论研究.研究结果表明:CH_4在α-Al_2O_3(0001)表面上的分解是吸热过程,由CH_4完全分解出C需要较高能量及反应能垒,这些因素不利于C在衬底表面的存在.在α-Al_2O_3(0001)表面,石墨烯形核的活跃因子并不是通常认为的C原子,而是CH基团.通过CH基团在α-Al_2O_3(0001)表面上的迁移聚集首先形成能量较低的(CH)_x结构.模拟研究(CH)_x对揭示后续石墨烯的形核生长机理具有重要意义.

关键词： CH4 蓝宝石(α-Al2O3)(0001) 吸附分解密度泛函理论

基于准连续介质法预测薄膜材料纳米硬度和弹性模量

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金属学报 2007年第8期43卷 851-856页

作者：黎军顽江五贵南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063

采用准连续介质法模拟了单晶Al和单晶Cu纳米压痕实验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深下的加载和卸载曲线.在计算得到的载荷-压深曲线基础上,根据Oliver-Phart法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量,并与相关文献... 详细信息

采用准连续介质法模拟了单晶Al和单晶Cu纳米压痕实验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深下的加载和卸载曲线.在计算得到的载荷-压深曲线基础上,根据Oliver-Phart法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量,并与相关文献的实验结果进行了比较.研究表明,接触刚度-位移曲线呈线性关系;纳米硬度测量中存在尺寸效应,而在弹性模量测量中却不存在尺寸效应.单晶Al和单晶Cu纳米硬度和弹性模量计算值分别为(0.584±0.013)和(84.088±0.332)GPa,(0.755±0.027)和(131.833±4.449)GPa.预测值与实验结果吻合,表明使用该方法预测薄膜材料的纳米硬度和弹性模量是可行的.

关键词：准连续介质法纳米压痕尺寸效应纳米硬度弹性模量

S型异质结BiOBr/ZnMoO_(4)的构建及光催化降解性能研究

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无机材料学报 2023年第1期38卷 62-70,I0002-I0004页

作者：马心全李喜宝陈智冯志军黄军同南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063

光催化被广泛用于去除水中的难降解有机污染物,但是由于光生电子和空穴的复合率高,抑制了半导体光催化剂的催化活性。本研究通过简便的溶剂热法成功制备了一种BiOBr/ZnMoO_(4)复合材料。通过结构分析、原位XPS、功函数测试、自由基捕获... 详细信息

光催化被广泛用于去除水中的难降解有机污染物,但是由于光生电子和空穴的复合率高,抑制了半导体光催化剂的催化活性。本研究通过简便的溶剂热法成功制备了一种BiOBr/ZnMoO_(4)复合材料。通过结构分析、原位XPS、功函数测试、自由基捕获及电子顺磁共振(ESR)实验等证实了BiOBr/ZnMoO_(4)复合材料形成了S型异质结。实验结果表明,适当ZnMoO_(4)含量的BiOBr/ZnMoO_(4)异质结可以显著提高BiOBr的光催化性能。与纯BiOBr、ZnMoO_(4)相比,质量分数15%BiOBr/ZnMoO_(4)在可见光下表现出最佳的光催化活性,双酚A的光催化降解率达到85.3%(90 min),环丙沙星的光降解速率常数分别是BiOBr的2.6倍和ZnMoO_(4)的484倍。这可归因于BiOBr和ZnMoO_(4)之间形成了紧密的界面结合和S型异质结,使得光生载流子可以实现有效的空间分离和转移。这项工作为定向合成Bi基S型异质结复合光催化材料提供了一种简便有效的方法,对进一步理解Bi基多元异质结光催化材料的构效关系提供了新的理论和实验基础。

关键词： S型异质结内建电场 BiOBr ZnMoO4 光催化

临界退火温度对含铝热轧中锰钢滑动摩擦性能的影响

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摩擦学学报 2025年第12期44卷 1673-1684页

作者：毛沛宁黄兴民纪秀林张娟石宇西南交通大学材料科学与工程学院四川成都 610031 汕头大学工学院机械工程系广东汕头 515063 西南交通大学力学与航空航天学院应用力学与结构安全重点实验室四川成都 610031

典型的耐磨高锰钢在低应力摩擦条件下加工硬化能力欠缺，相应工况下耐磨性能并不理想. 中锰钢因成型工艺简单，成本较低，在耐磨钢领域有巨大的潜力. 为发掘中锰钢在滑动条件下的摩擦学性能优势，着重分析退火温度对Fe-5Mn-3.2Al-0.35C... 详细信息

典型的耐磨高锰钢在低应力摩擦条件下加工硬化能力欠缺，相应工况下耐磨性能并不理想. 中锰钢因成型工艺简单，成本较低，在耐磨钢领域有巨大的潜力. 为发掘中锰钢在滑动条件下的摩擦学性能优势，着重分析退火温度对Fe-5Mn-3.2Al-0.35C热轧耐磨中锰钢(名义成分，质量分数，简称5MnAl)组织结构和滑动耐磨性的影响. 热轧淬火5MnAl钢为全马氏体组织，经650 ℃退火后获得铁素体和碳化物的混合组织；超过700 ℃临界退火导致马氏体逆相变为奥氏体和铁素体，残留奥氏体含量随退火温度的升高先增加后略有下降. 相比于市售耐磨中锰钢，退火态5MnAl热轧钢在滑动摩擦条件下均具有更低的摩擦系数和磨损率；650 ℃退火试验钢在10 N载荷下具有最低的磨损率，700 ℃退火试验钢在20 N载荷下耐磨性约为BTW钢的3.5倍. 由于具有显著的高应变硬化率，800 ℃退火试验钢在大载荷下表现出最低的磨损率. 5MnAl中锰钢的磨损机理主要是磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损. 深化新型中锰钢应变硬化机理的理解，必将有利于推动其在耐磨领域的广泛应用.

关键词：中锰钢临界退火磨损机理摩擦学应变硬化

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LY12铝合金摩擦点焊接头组织及性能

中国有色金属学报 2008年第2期18卷 288-293页

作者：刘克文邢丽柯黎明南昌航空大学材料科学与工程学院

采用摩擦点焊对厚度为2 mm的LY12铝合金进行焊接实验,分析接头的显微组织及力学性能。根据焊点接头的组织特征可将其分为塑性区、动态静止层、热影响区和母材。结果表明:塑性区和动态静止层的晶粒在热和力作用下发生动态再结晶形成细小... 详细信息

采用摩擦点焊对厚度为2 mm的LY12铝合金进行焊接实验,分析接头的显微组织及力学性能。根据焊点接头的组织特征可将其分为塑性区、动态静止层、热影响区和母材。结果表明:塑性区和动态静止层的晶粒在热和力作用下发生动态再结晶形成细小的等轴晶,热影响区的晶粒在摩擦热作用下长大变粗;搅拌头旋转速度为2 500 r/min,焊接时间为12 s时,可以获得力学性能较好的焊点,焊点的剪切强度达到9.24 kN;焊点的剪切强度随搅拌头旋转速度的增大而增大,随焊接时间的延长先增大后减小;塑性区的显微硬度较高,但略小于母材,接头显微硬度的最小值分布在热影响区;焊点热输入量较多时,接头为Ⅰ型断裂,焊点的剪切强度较高;焊点热输入量较少时,接头为Ⅱ型断裂,焊点的强度较低。

关键词： LY12铝合金摩擦点焊显微组织力学性能