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气流速度对Ti_(3)Al基合金摩擦起燃行为的影响

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材料工程 2024年第5期52卷 17-25页

作者：邱越海弭光宝李培杰隋楠曹京霞中国航发北京航空材料研究院先进钛合金航空科技重点实验室北京100095 清华大学新材料国际研发中心北京100084

采用高温、高速摩擦点燃法研究Ti_(3)Al基合金在220~380 m/s气流环境中的起燃行为,结合理论计算分析气流速度对表面氧浓度、氧化控制步骤的影响,探讨气流速度对起燃行为的影响机理。结果表明:当气流速度达到240 m/s时,Ti_(3)Al基合金开... 详细信息

采用高温、高速摩擦点燃法研究Ti_(3)Al基合金在220~380 m/s气流环境中的起燃行为,结合理论计算分析气流速度对表面氧浓度、氧化控制步骤的影响,探讨气流速度对起燃行为的影响机理。结果表明:当气流速度达到240 m/s时,Ti_(3)Al基合金开始发生起燃;当气流速度达到360 m/s时,Ti_(3)Al基合金不再发生起燃。低气流速度下,高温下的表面氧浓度低于临界值,氧化反应控制步骤由低温下的化学动力学过程转变为高温下的氧向合金表面的扩散过程。随着气流速度的加快,虽然对流散热速率增大,但表面氧浓度增大引起的氧化产热速率的增大速率比对流散热速率的大,使得升温速率增大,促进Ti_(3)Al基合金发生起燃。高气流速度下,高温下的表面氧浓度仍然高于临界值,氧化反应控制步骤始终是化学动力学过程。随着气流速度的增大,高温下的氧化产热速率增大速率比对流散热速率的小,使得升温速率减小,不利于Ti_(3)Al基合金发生起燃。

关键词： Ti_(3)Al基合金气流速度摩擦起燃机理钛火

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钛铝金属间化合物激光点火燃烧行为及机理

材料工程 2024年第5期52卷 1-16页

作者：吴明宇弭光宝李培杰隋楠董富礼中国航发北京航空材料研究院先进钛合金航空科技重点实验室北京100095 清华大学新材料国际研发中心北京100084

采用激光氧浓度实验方法结合超高温红外测温仪和高速摄像机原位观察、扫描电子显微分析和X射线衍射分析等方法,对钛铝金属间化合物(TiAl合金)的点火燃烧行为进行研究,揭示燃烧过程熔体的形成与运动规律、氧化物类型和结构特征,进而探讨... 详细信息

采用激光氧浓度实验方法结合超高温红外测温仪和高速摄像机原位观察、扫描电子显微分析和X射线衍射分析等方法,对钛铝金属间化合物(TiAl合金)的点火燃烧行为进行研究,揭示燃烧过程熔体的形成与运动规律、氧化物类型和结构特征,进而探讨燃烧机理。结果表明:TiAl合金发生起燃及持续燃烧的激光功率和氧浓度临界条件分别遵循抛物线规律和抛物线+直线规律,且显著高于近α型高温钛合金,即具有更好的阻燃性能;TiAl合金的起燃温度高于基体相熔点,起燃时基体部分熔化,导致Al元素由内氧化机制转变为外氧化机制;扩展燃烧阶段形成的氧化物由内侧到燃烧表面依次为Al_(2)O_(3),Al_(2)Ti_7O_(15),Al_(2)TiO_(5)和Al_(6)Ti_(2)O_(13)相,其中熔凝区内形成的连续网状Al_(2)O_(3)层能够阻碍熔体运动,燃烧区内形成的Ti-Al-O三元相通过降低内层Al_(2)O_(3)的分解压提升Al_(2)O_(3)保护层的稳定性,使TiAl合金具有良好的阻燃性能。

关键词： TiAl合金激光点火氧化燃烧产物燃烧机理起燃温度

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航空发动机钛合金分子动力学计算技术研究进展

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航空材料学报 2024年第2期44卷 87-103页

作者：弭光宝孙若晨吴明宇谭勇邱越海李培杰黄旭中国航发北京航空材料研究院先进钛合金航空科技重点实验室北京100095 清华大学新材料国际研发中心北京100084

未来航空发动机推重比等性能不断提升,对钛合金部件的高温力学及结构稳定性等提出更高的需求。传统实物实验在时间、空间尺度的局限性日益凸显,对于微观瞬态现象及机理的深入研究存在一定难度。而分子动力学(molecular dynamics,MD)计... 详细信息

未来航空发动机推重比等性能不断提升,对钛合金部件的高温力学及结构稳定性等提出更高的需求。传统实物实验在时间、空间尺度的局限性日益凸显,对于微观瞬态现象及机理的深入研究存在一定难度。而分子动力学(molecular dynamics,MD)计算技术以原子/分子模型为计算对象,在引入牛顿经典力学与经验参数的基础上,较量子计算方法大幅度提高了计算效率,从而成为实现航空发动机钛合金工艺参数优化与组织性能计算的重要技术途径。本文在概述MD计算空间与时间尺度优势基本原理的基础上,重点介绍通过MD计算方法研究钛合金成形制造、微观组织与结构、力学与热力学性能、材料设计和力场开发等方面的研究进展,以及有助于航空发动机钛合金耐高温性能提升的代表性结论。最后结合航空发动机钛合金对MD计算技术的需求,展望未来研究方向,指出基于MD计算方法的钛合金高通量成分设计、训练针对成熟钛合金成分体系的分子力场和将新型ReaxFF(reactive force field)反应力场引入钛合金燃烧机理研究中面临的挑战。

关键词：航空发动机钛合金分子动力学技术分子力场模拟计算

机器学习在航空发动机钛合金研究中的应用进展

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航空制造技术 2024年第1期67卷 66-78页

作者：弭光宝孙圆治吴明宇李培杰中国航发北京航空材料研究院先进钛合金重点实验室北京100095 清华大学新材料国际研发中心北京100084

高性能航空发动机的不断发展对钛合金的综合性能提出更高要求,基于不同合金化元素作用机理的材料成分设计技术是实现钛合金改性的重要途径。对于日益复杂的航空发动机钛合金材料体系,不同元素的相互作用机理及精准设计难度极大。基于Mo... 详细信息

高性能航空发动机的不断发展对钛合金的综合性能提出更高要求,基于不同合金化元素作用机理的材料成分设计技术是实现钛合金改性的重要途径。对于日益复杂的航空发动机钛合金材料体系,不同元素的相互作用机理及精准设计难度极大。基于Mo当量和密度泛函等传统设计已不能满足未来需求,机器学习成为一种可行且高效的理论工具。本文在介绍钛合金机器学习基本原理和方法的基础上,综述通过机器学习实现航空发动机钛合金成分设计及工艺优化的最新研究成果,重点比较不同机器学习模型在预测力学性能及高温氧化性能上的特点及优势,最后对未来基于主动学习框架设计航空发动机钛合金成分的研究方法进行展望,指出Mo/Al当量设计与机器学习相结合、复杂多组元合金材料简化元素设计等是今后重要发展方向。

关键词：航空发动机钛合金机器学习性能预测合金成分优化主动学习

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增材制造600℃高温钛合金研究进展

航空材料学报 2024年第1期44卷 15-30页

作者：弭光宝谭勇陈航李培杰张学军中国航发北京航空材料研究院北京100095 清华大学新材料国际研发中心北京100084 辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

先进航空发动机高压压气机550~600℃环境使用的关键/重要件对600℃高温钛合金提出迫切需求。但是,难成形的复杂构件以及梯度/复合结构与功能一体化构件等的制造,采用传统铸造、锻造等工艺技术难以满足需求和研发要求。增材制造是先进制... 详细信息

先进航空发动机高压压气机550~600℃环境使用的关键/重要件对600℃高温钛合金提出迫切需求。但是,难成形的复杂构件以及梯度/复合结构与功能一体化构件等的制造,采用传统铸造、锻造等工艺技术难以满足需求和研发要求。增材制造是先进制造技术的典型代表,拥有材料设计-制造一体化、复杂设计-定制一体化等独特优势,为600℃高温钛合金新材料/新技术研发提供了新的途径。目前国内外已开始关注通过增材制造的方式制备600℃高温钛合金,重点研究材料-工艺-组织-性能的关系。本文首先简要回顾600℃高温钛合金研究,其次重点介绍不同增材制造工艺下600℃高温钛合金沉积态和后处理态的微观组织特点;在综合性能研究方面,列举并分析拉伸性能、蠕变性能、热疲劳性能和抗氧化性能等关键性能;在复杂设计/复合结构章节,论述以600℃高温钛合金为基体的复合材料和梯度结构增材制造的研究进展。最后,对增材制造600℃高温钛合金材料开发、复合工艺探索、缺陷控制和性能评价标准建立等研究方向进行展望。

关键词： 600℃高温钛合金增材制造组织性能复杂结构发展方向

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一种阴离子浸出策略合成金属羟基氧化物用于电催化甘油氧化

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物理化学学报 2024年第7期40卷 43-46页

作者：王烨葛瑞翔刘翔李敬段昊泓清华大学化学系北京100084 清华大学化学系稀土新材料教育部工程研究中心北京100084

亲核氧化反应在可持续生产增值化学品中扮演着重要角色。电催化甘油氧化反应作为亲核氧化反应的一种重要类型,可以制得包括甲酸在内的C_(1)至C_(3)衍生产物。非贵金属氢氧化物/羟基氧化物被广泛应用于甘油氧化反应,但在中等电位下难以... 详细信息

亲核氧化反应在可持续生产增值化学品中扮演着重要角色。电催化甘油氧化反应作为亲核氧化反应的一种重要类型,可以制得包括甲酸在内的C_(1)至C_(3)衍生产物。非贵金属氢氧化物/羟基氧化物被广泛应用于甘油氧化反应,但在中等电位下难以达到工业级电流密度(大于300 mA·cm^(-2))。研究表明,氢氧化物/羟基氧化物催化的甘油氧化反应通过间接氧化机理进行,即通过电生成的含有亲电吸附氧的羟基氧化物氧化亲核试剂(甘油)。因此,理解甘油氧化反应中电催化剂的演变至关重要。在本文中,通过循环伏安法活化钼酸镍(NiMoO_(4)),开发了一种钼掺杂的羟基氧化镍(Mo-NiOOH)催化剂。通过多种表征方法对Mo-NiOOH进行了系统表征,结果显示,Mo-NiOOH继承了NiMoO_(4)前驱体的纳米片阵列形貌,但Mo含量降低,证明循环伏安法活化后实现了从氧化物到羟基氧化物的相重构。此外,Mo-NiOOH中Ni^(3+)/Ni^(2+)的比例高于循环伏安法活化制备的NiOOH。在活化过程中,Mo物种从NiMoO_(4)中浸出,制备得到的Mo-NiOOH保留了NiMoO_(4)前驱体的纳米片阵列形貌。与氢氧化镍(Ni(OH)_(2))经循环伏安法活化合成的NiOOH相比,Mo-NiOOH具有更高的Ni^(3+)/Ni^(2+)比例以及更高的电化学比表面积(ECSAs),且促进了Ni^(2+)氧化为Ni^(3+)。因此,Mo-NiOOH达到高电流密度(400mA·cm^(-2))的电位(1.51V ***)低于NiOOH(1.84 V ***)。此外,Mo-NiOOH表现出高于NiOOH的甲酸盐法拉第效率(84.7%vs.59.6%),表明钼掺杂加速了碳-碳键断裂。多电位阶跃实验显示,NiOOH和Mo-NiOOH催化的甘油电氧化通过类似的羟基氧化物介导的间接氧化机理进行。原位电化学阻抗谱和原位拉曼光谱证实,Mo掺杂促进了甘油氧化反应动力学以及Ni^(2+)氧化为Ni^(3+)的过程,导致Mo-NiOOH比NiOOH具有更高的活性和甲酸选择性。本研究通过可溶性阴离子浸出策略来调节羟基氧化物表面结构,为设计高性能亲核氧化反应电催化剂提供了指导。

关键词：循环伏安法活化电催化甘油电氧化羟基氧化物重构

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Apache IoTDB中的多模态数据编码压缩

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软件学报 2024年第3期35卷 1173-1193页

作者：贺文迪夏天睿宋韶旭黄向东王建民清华大学软件学院北京100084 大数据系统软件国家工程研究中心(清华大学) 北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心(清华大学) 北京100084

时间序列数据在工业制造、气象、船舶、电力、车辆、金融等领域都有着广泛的应用,促进了时间序列数据库管理系统的蓬勃发展.面对愈加庞大的数据规模和多样的数据模态,高效的数据存储和管理方式十分关键,而数据的编码压缩愈发成为一个具... 详细信息

时间序列数据在工业制造、气象、船舶、电力、车辆、金融等领域都有着广泛的应用,促进了时间序列数据库管理系统的蓬勃发展.面对愈加庞大的数据规模和多样的数据模态,高效的数据存储和管理方式十分关键,而数据的编码压缩愈发成为一个具有重要意义和价值的问题.现有的编码方法和相关系统未能充分考虑不同模态的数据特点,或者未把一些时序数据的处理方法应用于数据编码问题中.全面阐述了ApacheIoTDB时序数据库系统中的多模态数据编码压缩方法及其系统实现,特别是面向工业物联网等应用场景.该编码方法较为全面地考虑包括时间戳数据、数值数据、布尔值数据、频域数据、文本数据等多个不同模态的数据,充分挖掘和利用各自模态数据的特点,特别是包括时间戳模态中时间戳序列间隔近似的特点等,进行有针对性的编码方案设计.同时,将实际应用场景中可能出现的数据质量问题因素纳入编码算法的考量中.在多个数据集上的编码算法层面和系统层面的实验评估和分析,验证了该编码压缩方法及其系统实现的效果.

关键词：数据编码时间序列数据数据库工业物联网多模态

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面向机器学习应用的可解释性需求分析框架

计算机研究与发展 2024年第4期61卷 983-1002页

作者：裴忠一刘璘王晨王建民大数据系统软件国家工程研究中心(清华大学) 北京100084 清华大学软件学院北京100084

基于大数据机器学习的智能软件研发过程需要综合运用软件工程、数据与领域知识工程、机器学习等多方面的知识和工具,涉及的研究主题和人员角色众多,技术实现手段复杂、研发难度大.面向智能软件的需求工程需要面对领域知识、业务知识、... 详细信息

基于大数据机器学习的智能软件研发过程需要综合运用软件工程、数据与领域知识工程、机器学习等多方面的知识和工具,涉及的研究主题和人员角色众多,技术实现手段复杂、研发难度大.面向智能软件的需求工程需要面对领域知识、业务知识、数据科学交织带来的挑战.然而,如何将领域知识和端到端的机器学习技术恰当地融合到给定的业务流程之中,以及如何应对工业、医疗等高可信要求场景中的可解释性需求,仍是亟待探索的重要研究问题.调研了近年来面向机器学习应用的需求工程研究文献,对该领域的发展现状、核心问题和代表性方法进行综述.提出了面向机器学习应用的可解释性需求分析框架.基于该框架,通过一个工业智能应用案例分析了未来待研究的重要问题,展望了可行的研究路径.

关键词：需求工程机器学习领域模型工业工程可解释性

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钛铝系合金的非等温氧化特性

材料工程 2024年第5期52卷 26-33页

作者：欧阳佩旋陈航孙若晨李培杰弭光宝清华大学新材料国际研发中心北京100084 北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000 中国航发北京航空材料研究院先进钛合金重点实验室北京100095

采用TGA/DSC同步热分析实验,SEM和EPMA表征及理论计算等方法对TiAl和Ti3Al合金在纯氧气氛下1450~1570℃的非等温氧化行为进行研究。结果表明:当氧化温度高于TiAl合金熔点时,TiAl合金熔体表面形成连续、致密的Al_(2)O_(3)阻氧层;熔体中Al... 详细信息

采用TGA/DSC同步热分析实验,SEM和EPMA表征及理论计算等方法对TiAl和Ti3Al合金在纯氧气氛下1450~1570℃的非等温氧化行为进行研究。结果表明:当氧化温度高于TiAl合金熔点时,TiAl合金熔体表面形成连续、致密的Al_(2)O_(3)阻氧层;熔体中Al与O反应的吉布斯自由能比Ti,Cr和Nb低50~150 kJ·mol^(-1),TiAl合金熔体中Al原子的扩散系数(D)约为Ti原子的1.7倍,Al原子不断扩散到熔体表面,且优先与O反应形成连续、致密的Al_(2)O_(3)层;Al_(2)O_(3)阻氧层阻隔氧和金属离子向基体内外扩散,且TiAl合金熔化吸热,降低基体温度,减缓氧化速率,使TiAl合金在1450~1570℃范围的抗非等温氧化性优于Ti3Al合金。

关键词： TiAl合金非等温氧化氧化机理氧化动力学着火