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气凝胶初级粒子导热系数的分子动力学模拟

机械工程学报 2014年第22期50卷 178-185页

作者：苏高辉杨自春孙丰瑞海军工程大学舰船高温结构复合材料研究室武汉430033 海军工程大学动力工程学院武汉430033

采用分子动力学方法模拟融化-淬火工艺制备非晶态Si O2材料和Si O2气凝胶初级粒子单元。基于非平衡分子动力学（Non-equilibrium molecular dynamics,NEMD）理论计算体态材料和初级粒子单元的导热系数,计算过程考虑了冷热源引起的尺度... 详细信息

采用分子动力学方法模拟融化-淬火工艺制备非晶态Si O2材料和Si O2气凝胶初级粒子单元。基于非平衡分子动力学（Non-equilibrium molecular dynamics,NEMD）理论计算体态材料和初级粒子单元的导热系数,计算过程考虑了冷热源引起的尺度效应。结果表明,计算得到的体态材料导热系数与文献计算结果吻合良好。对于初级粒子单元,在粒径2-6 nm范围内,粒子直径使得粒子单元导热系数出现了尺度效应,但是影响相对较小。粒子间界面直径对粒子单元导热系数影响很大,当粒子直径为3 nm时,界面直径从0.89 nm增加到2.49 nm,粒子单元导热系数增大了171.61%,粒子界面处的温度阶跃,表明存在明显的界面热阻效应;且界面直径越小,界面热阻越大。

关键词：气凝胶导热系数分子动力学界面热阻纳米材料尺度效应

汽轮机非线性间隙气流激振力作用下含裂纹转子的振动特性研究

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振动与冲击 2016年第5期35卷 89-95页

作者：瓮雷杨自春曹跃云海军工程大学舰船高温结构复合材料研究室武汉430033 海军工程大学动力工程学院武汉430033

建立了在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下裂纹转子-轴承系统的动力学分析模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子系统的分岔与混沌特性。利用Poincare截面和分岔图的变化分析汽轮机非线性间隙气流激振力和裂纹深度对系统振动响应特... 详细信息

建立了在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下裂纹转子-轴承系统的动力学分析模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子系统的分岔与混沌特性。利用Poincare截面和分岔图的变化分析汽轮机非线性间隙气流激振力和裂纹深度对系统振动响应特性的影响。分析结果表明:汽轮机非线性间隙气流激振力会使得系统的周期性运动状态提前,且混沌区域发生明显的减小;在浅裂纹时,汽轮机非线性间隙气流激振力对系统的响应起主导作用,且在超临界转速区域出现周期8运动;随着裂纹深度的增加,系统运动的混沌区域逐渐减小几乎消失,在超临界转速区域的逆周期运动演变为较长的周期3运动。研究结果可以作为含裂纹转子在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下耦合故障发生的典型特征,也可作为此类耦合故障诊断的依据。

关键词：转子汽轮机非线性间隙气流激振力裂纹非线性振动

聚酰亚胺纤维增强SiO_2气凝胶的制备及表征

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材料导报 2019年第4期33卷 714-718页

作者：高文杰杨自春李昆锋费志方陈国兵赵爽海军工程大学舰船高温结构复合材料研究室武汉430033 海军工程大学动力工程学院武汉430033

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,聚酰亚胺(PI)纤维为增强相,采用溶胶-凝胶和超临界干燥工艺制备出PI纤维增强SiO_2气凝胶复合材料,利用傅里叶红外光谱分析仪、N2吸附脱附仪、场发射扫描电子显微镜、万能试验机、热重分析仪及导热系数测量仪... 详细信息

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,聚酰亚胺(PI)纤维为增强相,采用溶胶-凝胶和超临界干燥工艺制备出PI纤维增强SiO_2气凝胶复合材料,利用傅里叶红外光谱分析仪、N2吸附脱附仪、场发射扫描电子显微镜、万能试验机、热重分析仪及导热系数测量仪表征了气凝胶化学组成、微观结构、力学及热学性能。制备的气凝胶具有低密度、高表面积和较好的隔热性能、热稳定性及压缩性能。PI纤维含量为3%(质量分数,下同)时气凝胶密度为0. 13 g/cm3,比表面积高达997 m2/g,平均孔径为18. 2 nm。常温下导热系数为0. 029 1 W/(m·K),室温到500℃范围内质量损失5%,抗压强度为0. 21 MPa。气凝胶轻质、高比表面积及较好的热学与力学性能使其在舰船的隔热保温领域具有广阔的应用前景。

关键词： SiO2气凝胶聚酰亚胺纤维高比表面积力学性能热学性能

APTES交联型聚酰亚胺气凝胶的制备与表征

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材料导报 2018年第20期32卷 3623-3627页

作者：费志方李昆锋杨自春高文杰陈国兵海军工程大学舰船高温结构复合材料研究室武汉430033 海军工程大学动力工程学院武汉430033

以低成本的3-氨丙基三己氧基硅烷(APTES)为交联剂,4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为二胺单体,3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)或均苯四甲酸二酐(PMDA)为二酐单体,采用溶胶-凝胶和化学亚胺化方法,结合CO_2超临界干燥技术,制备出两种不同二酐... 详细信息

以低成本的3-氨丙基三己氧基硅烷(APTES)为交联剂,4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为二胺单体,3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)或均苯四甲酸二酐(PMDA)为二酐单体,采用溶胶-凝胶和化学亚胺化方法,结合CO_2超临界干燥技术,制备出两种不同二酐单体的交联型聚酰亚胺气凝胶。采用FTIR、SEM、N_2吸脱附、万能材料试验机、热重分析等手段来表征样品的化学组成、微观形貌、孔结构、压缩性能及热稳定性,研究了二酐单体种类对聚酰亚胺气凝胶的压缩性能及热稳定性的影响。结果表明:采用BPDA和PMDA制备的交联型聚酰亚胺气凝胶都具有纳米尺度的纤维状网络结构,具有密度低(0.102g/cm^3和0.121g/cm^3)和比表面积大(295m^2/g和311m^2/g)的特性。以PMDA为单体的交联型聚酰亚胺气凝胶10%应变对应的压缩强度和压缩模量分别为0.37MPa和5.3MPa,高于以BPDA为单体的交联型聚酰亚胺气凝胶(0.17 MPa和3.0 MPa)。此外,前者制得的聚酰亚胺的初始热分解温度为543℃,高于后者制得的聚酰亚胺的初始热分解温度(502℃)。

关键词：聚酰亚胺气凝胶硅烷偶联剂交联力学性能热稳定性

Si_3N_4结合SiC耐火陶瓷高温抗疲劳断裂设计

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宇航材料工艺 2019年第1期49卷 26-31页

作者：袁虎杨自春赵爽孙文彩海军工程大学舰船高温结构复合材料研究室武汉430033

为探究高温氧化条件下材料抗疲劳断裂的相关改进措施,在分析材料高温疲劳断裂过程的基础上,将有效场-子域模型和热-损伤断裂强度模型相结合,对高温氧化条件下Si_3N_4结合SiC耐火陶瓷的微裂纹尺寸与强度和密度与强度的关系进行了模拟。... 详细信息

为探究高温氧化条件下材料抗疲劳断裂的相关改进措施,在分析材料高温疲劳断裂过程的基础上,将有效场-子域模型和热-损伤断裂强度模型相结合,对高温氧化条件下Si_3N_4结合SiC耐火陶瓷的微裂纹尺寸与强度和密度与强度的关系进行了模拟。结果表明:此类材料在高温氧化环境中微裂纹尺寸在(0 mm,0. 5 mm]和密度至少为(0 m^(-2),104m^(-2)]的可行性范围内能抗疲劳断裂。这个结果对延长材料的使用寿命和确保设备运行的安全稳定性具有的指导意义。

关键词：耐火陶瓷微裂纹氧化疲劳断裂

引入模糊参数的结构Info-Gap可靠性模型

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华中科技大学学报（自然科学版） 2019年第1期47卷 39-43页

作者：李昆锋杨自春海军工程大学舰船高温结构复合材料研究室湖北武汉430033 海军工程大学动力工程学院湖北武汉430033

基于Info-Gap理论,在Minkowski范数中引入模糊参数,建立了一种具有模糊属性的Minkowski范数Info-Gap模型.进一步将其应用于Info-Gap可靠性分析,提出了二态失效假设情况下的结构模糊Info-Gap可靠性模型.应用模糊集理论,研究了可靠性指标... 详细信息

基于Info-Gap理论,在Minkowski范数中引入模糊参数,建立了一种具有模糊属性的Minkowski范数Info-Gap模型.进一步将其应用于Info-Gap可靠性分析,提出了二态失效假设情况下的结构模糊Info-Gap可靠性模型.应用模糊集理论,研究了可靠性指标的计算方法.新方法有效融合了区间凸集模型和椭球凸集模型,调和了在进行结构非概率可靠性分析中两种凸集模型产生的差异.算例分析验证了新方法的适用性和合理性.

关键词：结构可靠性 Info-Gap理论非概率可靠性 Minkowski范数模糊集

遮光剂对SiO_2气凝胶热辐射特性影响的理论研究

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哈尔滨工程大学学报 2014年第5期35卷 642-648页

作者：苏高辉杨自春孙丰瑞海军工程大学舰船高温结构复合材料研究室湖北武汉430033 海军工程大学动力工程学院湖北武汉430033

为研究添加遮光剂对SiO2气凝胶热辐射特性的影响,分别采用考虑基质吸收的改进的Mie散射理论和经典的Mie散射理论计算了气凝胶基质中单个粒子的热辐射特性和遮光气凝胶总的热辐射特性,并将两种方法的计算结果与已有实验数据进行了对比。... 详细信息

为研究添加遮光剂对SiO2气凝胶热辐射特性的影响,分别采用考虑基质吸收的改进的Mie散射理论和经典的Mie散射理论计算了气凝胶基质中单个粒子的热辐射特性和遮光气凝胶总的热辐射特性,并将两种方法的计算结果与已有实验数据进行了对比。分析了遮光剂粒子尺寸、分布规律对遮光气凝胶热辐射特性的影响,计算了遮光气凝胶的辐射热导率和不同温度下的最优粒径。结果表明:气凝胶基质的吸收作用对基质内的粒子散射影响较小,在计算遮光气凝胶热辐射特性时可以忽略。采用TiO2均一粒子系作为遮光剂,温度为300、500、700、900 K时的最优粒子半径分别为1.4、1、0.75、0.6μm。

关键词：遮光剂气凝胶热辐射特性粒子散射辐射热导率吸收基质二氧化硅气凝胶

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一种结构概率-模糊-凸集混合可靠性新方法

应用力学学报 2017年第2期34卷 366-369页

作者：孙文彩杨自春陈国兵海军工程大学舰船高温结构复合材料研究室武汉430033 海军工程大学动力工程学院武汉430033

建立了结构同时含有概率、模糊、凸集变量时的可靠性分析模型。首先对模糊变量取一截集水平α,得到与模糊变量向量相对应的区间向量,将问题化为仅含有随机变量和凸集变量的混合可靠性问题。其次根据随机和凸集两类变量的混合可靠性方法... 详细信息

建立了结构同时含有概率、模糊、凸集变量时的可靠性分析模型。首先对模糊变量取一截集水平α,得到与模糊变量向量相对应的区间向量,将问题化为仅含有随机变量和凸集变量的混合可靠性问题。其次根据随机和凸集两类变量的混合可靠性方法,得到截集水平α下,以凸集变量为自变量的可靠度的均值,即截集水平α下的结构混合可靠度值。然后,将结构混合可靠度在截集水平区间[0,1]内进行积分,得到三类变量混合的结构总体可靠度。对所定义可靠度指标的物理意义进行了解释,并以某典型功能函数为例,进行了公式推导。最后,给出了算例分析,方法的可行性及合理性得到了验证。算例还表明,当忽略模糊变量的模糊性质,或改变凸集变量的数学型式,都会引起可靠度结果的失真,因此在工程实际中,必须全面客观地处理各类不确定性变量,才能得到正确可信的可靠性分析结论。

关键词：结构可靠性随机变量模糊变量凸集变量混合可靠性

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含区间参数结构固有频率范围的优化估计

应用力学学报 2015年第1期32卷 46-51,171页

作者：孙文彩高源杨自春海军工程大学动力工程学院海军工程大学舰船高温结构复合材料研究室海军91278部队装备部

提出了一种基于Kriging近似模型和粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)优化算法的含区间参数结构的固有频率范围估计方法。基于Kriging模型优良的局部拟合性质,并经过误差检验和相关参数调整后,建立了满足精度要求的固有频率近似模... 详细信息

提出了一种基于Kriging近似模型和粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)优化算法的含区间参数结构的固有频率范围估计方法。基于Kriging模型优良的局部拟合性质,并经过误差检验和相关参数调整后,建立了满足精度要求的固有频率近似模型;基于PSO算法出色的全局寻优性能,对固有频率近似模型在区间参数空间内进行全局优化求解,获得区间不确定结构固有频率范围估计值。对某型燃气轮机涡轮叶片进行了实例分析,结果表明文中方法的效率和精度能够满足工程要求,其可行性和合理性得到了验证。

关键词：区间参数固有频率 Kriging模型粒子群优化涡轮叶片