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多孔铝骨架/复合相变材料温控性能研究

功能材料 2024年第3期55卷 3128-3137页

作者：胡智涵黄书烽范芳蕾史冬敏蓝宁东华理工大学机械与电子工程学院南昌330013 东华理工大学江西省新能源工艺及装备工程技术研究中心南昌330013

相变储能材料(PCM)具有储热密度大、储/放热过程几乎恒温性等优点,是解决电子器件狭小空间下高热流密度问题的理想方案,但相变材料本身的导热系数较低、传热效率差等特性却限制了其应用范围。针对上述难题,以石蜡作为相变材料,通过3d打... 详细信息

相变储能材料(PCM)具有储热密度大、储/放热过程几乎恒温性等优点,是解决电子器件狭小空间下高热流密度问题的理想方案,但相变材料本身的导热系数较低、传热效率差等特性却限制了其应用范围。针对上述难题,以石蜡作为相变材料,通过3d打印制备多孔铝骨架,再采用水浴灌注法将石蜡灌注到多孔铝骨架中,制备出多孔铝骨架/复合相变材料(AS-PCM)。通过实验探究了95%、85%、75%3种孔隙率的温控性能。实验结果表明,添加多孔铝骨架可增强PCM的热传递,从而降低热源温度。在较大的功率下,AS-PCM对传热的改善更为明显。熔化完成前,低孔隙率AS-PCM热沉的底部温度和温度梯度更低,使用多孔铝骨架代替泡沫金属,为提高PCMs的导热性能提供了了新的多孔金属基体。

关键词：多孔铝骨架 3d打印复合相变材料温控性能

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增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能

兵工学报 2024年第2期45卷 395-406页

作者：薛浩王涛黄广炎崔欣雨韩洪伟北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 31002部队北京100094

为探索增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能,采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制造316L不锈钢材料毛坯,通过机加工、抛光等操作得到了直径12 mm的增材制造316L不锈钢球形破片。开展打印态316L不锈钢材料的显微计... 详细信息

为探索增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能,采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制造316L不锈钢材料毛坯,通过机加工、抛光等操作得到了直径12 mm的增材制造316L不锈钢球形破片。开展打印态316L不锈钢材料的显微计算机断层扫描(Computed Tomography,CT)和静动态力学试验研究,获得了打印态316L不锈钢在材料沉积方向的Johnson-Cook(JC)模型参数,进行了增材制造和传统冷轧工艺制造的316L不锈钢球形破片侵彻6 mm厚Q235钢靶的弹道试验。研究结果表明:增材制造球形破片的弹道极限速度比传统冷轧制造破片低2.5%左右,弹道性能有小幅提升,暗示了增材制造工艺用于制造战斗部预制破片的潜力;开展的数值仿真研究获得了与试验结果一致的剪切冲塞穿靶机理,仿真与试验穿靶速度数据比较吻合,弹道极限速度误差仅为1.4%左右,仿真结果也表明JC模型用于描述增材制造316L不锈钢材料穿靶行为的可行性。

关键词：球形破片弹道性能 316L不锈钢增材制造

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超高速激光熔化扫描速度对Al-Mg-Sc高强铝合金性能的影响

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航空材料学报 2024年第1期44卷 133-142页

作者：文聘董子良吴宇董丁炀罗星杜博睿许培鑫陈斐武汉理工大学理学院新材料力学理论与应用湖北省重点实验室武汉430070 中国航发北京航空材料研究院3d打印研究与工程技术中心北京100095 中机新材料研究院郑州有限公司郑州450001 武汉理工大学材料示范学院材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

为了明确超高速激光熔化沉积Al-Mg-Sc高强铝合金的沉积态组织及力学性能特征,以7075铝合金为基体,采用自主开发的LdF3000-40型激光熔化沉积设备制备Al-Mg-Sc高强铝合金,探究激光扫描速度对材料微观组织与室温拉伸性能的影响。结果表明:... 详细信息

为了明确超高速激光熔化沉积Al-Mg-Sc高强铝合金的沉积态组织及力学性能特征,以7075铝合金为基体,采用自主开发的LdF3000-40型激光熔化沉积设备制备Al-Mg-Sc高强铝合金,探究激光扫描速度对材料微观组织与室温拉伸性能的影响。结果表明:超高速激光熔化沉积样品均无明显裂纹,但含有少量小尺寸气孔。沉积态组织由细小的α-Al等轴晶及弥散分布的Al_(3)(Sc,Zr)颗粒构成。利用数值模拟进一步研究扫描速度对力学性能的影响,发现在0.1~1 m/s范围内,较高的激光扫描速度能减少粉末材料的堆积,降低沉积层表面的孔隙率,因此可以提高力学性能。沉积态样品最大抗拉强度为303 MPa,断裂伸长率为22.5%。

关键词：超高速激光熔化沉积高强铝合金力学性能数值模拟

高速列车头车流线型区域吹气控制的气动减阻研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1713-1722页

作者：王鑫然刘堂红陈晓栋夏玉涛陈争卫郭子健中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 香港理工大学土木及环境工程系中国香港999077 国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心(香港分中心) 中国香港999077

为了探索头车流线型区域吹气减阻控制的可行性,采用改进的延迟分离涡模拟方法对不同吹气速度下的列车周围复杂流场进行模拟,通过风洞试验验证数值模拟结果的准确性。研究结果表明:在头车流线型区域采用吹气控制能够显著改变列车周围流... 详细信息

为了探索头车流线型区域吹气减阻控制的可行性,采用改进的延迟分离涡模拟方法对不同吹气速度下的列车周围复杂流场进行模拟,通过风洞试验验证数值模拟结果的准确性。研究结果表明:在头车流线型区域采用吹气控制能够显著改变列车周围流场特性;吹气口产生的气流能够避免高速来流对列车表面的直接冲击,有效地减小头车的压差阻力与摩擦阻力;吹气对中间车和尾车的气动阻力影响较小;吹气对列车周围的流场产生干扰效应,使得列车表面部分区域的湍动能增加;当吹气速度增加时,3车模型的减阻率增加,归一化净节约功率增加;当吹气速度为来流速度的0.2倍时,3车模型的减阻率为8.44%,归一化净节约功率为6.74%。

关键词：高速列车数值模拟流动控制气动减阻

激光熔覆Stellite6+WC复合涂层对不锈钢叶片耐水蚀性能的影响

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金属热处理 2024年第5期49卷 243-251页

作者：邓德伟万泓明汪红所陈文博连世伟大连理工大学材料科学与工程学院、辽宁省激光3d打印装备及应用专业技术创新中心辽宁大连116024 大连船用阀门有限公司辽宁大连116026

采用激光熔覆的方法在17-4PH不锈钢表面熔覆一层Stellite6+WC复合涂层。通过正交试验获得适合Stellite6合金的最佳熔覆参数,然后在该熔覆参数下向涂层中加入不同含量的WC粉末。借助光学显微镜、显微硬度计以及盐雾腐蚀试验箱,对比研究... 详细信息

采用激光熔覆的方法在17-4PH不锈钢表面熔覆一层Stellite6+WC复合涂层。通过正交试验获得适合Stellite6合金的最佳熔覆参数,然后在该熔覆参数下向涂层中加入不同含量的WC粉末。借助光学显微镜、显微硬度计以及盐雾腐蚀试验箱,对比研究了WC的加入以及激光淬火技术对熔覆层的显微组织、维氏硬度以及耐盐雾腐蚀性能的影响。结果表明:最佳熔覆参数为激光功率1500 W,激光扫描速度18 mm/s,焦距13 mm;WC质量分数在30%以内时,随着WC含量的增加,Stellite6+WC熔覆层的显微硬度和耐盐雾腐蚀性能逐步增加;当WC质量分数大于30%时,熔覆层的显微硬度和耐盐雾腐蚀性能继续提高,但相较于WC质量分数为30%的熔覆层提高不明显;激光淬火处理对熔覆层的显微硬度和耐盐雾腐蚀性能均具有一定的改善,相较于1000 W激光淬火,3000 W激光淬火后涂层的耐盐雾腐蚀性能并没有得到进一步提升。

关键词：激光熔覆激光淬火显微组织显微硬度盐雾腐蚀性能

电场驱动复合微纳3d打印低频透明电磁屏蔽玻璃

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机械工程学报 2024年第3期60卷 305-318页

作者：台玉平朱晓阳李红珂于志浩张厚超张凡张广明赵娟赵佳伟黄友奇兰红波青岛理工大学山东省增材制造工程技术研究中心青岛266520 中国建筑材料科学研究总院有限公司北京100024

为解决大面积高性能低频透明电磁屏蔽玻璃难以低成本批量化制造的挑战性问题,提出一种基于电场驱动微喷射和电镀的复合增材制造新方法,用于制备银镍复合金属网栅低频透明电磁屏蔽玻璃,阐述了制备银镍复合金属网栅的基本原理和工艺流程;... 详细信息

为解决大面积高性能低频透明电磁屏蔽玻璃难以低成本批量化制造的挑战性问题,提出一种基于电场驱动微喷射和电镀的复合增材制造新方法,用于制备银镍复合金属网栅低频透明电磁屏蔽玻璃,阐述了制备银镍复合金属网栅的基本原理和工艺流程;通过实验揭示了主要工艺参数(打印电压、打印速度、打印气压、打印高度、电流密度、电镀时间)对制备银镍复合金属网栅电学性能、光学性能的影响规律;并结合优化的工艺参数,制备了线宽10μm、方阻0.76?/sq、网栅透过率90.2%、在低频波段(10 kHz~30 MHz)屏蔽效能大于40 dB的银镍复合金属网栅透明电磁屏蔽玻璃,复合金属网栅与衬底的黏附力为5B,实现了高屏蔽效能和高透过率电磁屏蔽金属网栅的制造,为高性能低频透明电磁屏蔽玻璃的批量化制造提供了全新的解决方案。

关键词：透明电磁屏蔽微纳3d打印复合金属网栅电场驱动喷射电镀

激光表面处理对马氏体不锈钢堆焊层组织与性能的影响

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金属热处理 2024年第3期49卷 56-63页

作者：邓德伟李振华陈文博汪红所孙磊大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省激光3d打印装备及应用专业技术创新中心辽宁大连116024 大连船用阀门有限公司辽宁大连116026

为有效修复FV520B钢表面损伤,并提升修复后表面的耐腐蚀性能,尝试采用先堆焊,再进行激光表面处理的方法,即先采用明弧摆动堆焊方法,在FV520B钢基材上使用马氏体型药芯焊丝进行堆焊,并分别采用两种激光(半导体激光和光纤激光)对堆焊后的... 详细信息

为有效修复FV520B钢表面损伤,并提升修复后表面的耐腐蚀性能,尝试采用先堆焊,再进行激光表面处理的方法,即先采用明弧摆动堆焊方法,在FV520B钢基材上使用马氏体型药芯焊丝进行堆焊,并分别采用两种激光(半导体激光和光纤激光)对堆焊后的表面进行激光表面处理。研究了堆焊层的显微组织、硬度,堆焊层与基材的元素分布情况,以及经过激光表面处理后堆焊层的显微组织、硬度、耐腐蚀性和激光作用深度。研究结果表明,堆焊层由马氏体、δ-铁素体、残留奥氏体和碳化物构成,硬度约为480 HV0.3,相比基材提高了约33.33%,堆焊层与基材之间冶金结合良好。经过激光表面处理后,堆焊层分为原始堆焊区、热影响区和重熔区。在热影响区,硬度会下降,这与激光表面处理的回火作用有关;在重熔区,硬度与原始焊接区相当。浸泡试验结果表明,激光表面处理提高了堆焊层的耐腐蚀性。随着扫描速度的降低,激光的作用深度会增加,但硬度变化不大。相对于光纤激光器,半导体激光器的作用深度更大,但两种激光处理后的表面硬度基本相同。

关键词： FV520B钢堆焊激光表面处理组织硬度

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UHPC框架结构的抗车辆冲击性能研究

力学季刊 2024年第1期45卷 119-131页

作者：和文超邓锷长治职业技术学院土木工程系山西长治046000 香港理工大学土木及环境工程学系中国香港九龙999077 国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心(香港分中心) 中国香港九龙999077

随着我国交通系统的发展及汽车车速的日益提升,坐落于道路两旁的框架建筑承受的车辆碰撞风险也与日俱增.超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)由于其超高的材料断裂能以及抗拉能力逐渐被应用于框架结构中以提高其使... 详细信息

随着我国交通系统的发展及汽车车速的日益提升,坐落于道路两旁的框架建筑承受的车辆碰撞风险也与日俱增.超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)由于其超高的材料断裂能以及抗拉能力逐渐被应用于框架结构中以提高其使用性能.UHPC框架结构同样承受较高的车辆撞击风险.本文建立了三维动力非线性的车辆-UHPC三层框架结构碰撞模型并采用Ansys/LS-dYNA进行求解.采用已发表的落锤撞击普通混凝土(Normal Concrete, NC)与超高性能混凝土(UHPC)梁试验对材料参数与接触算法的正确性进行了验证.基于三维动力非线性碰撞模型,从结构损伤、碰撞力特性及结构耗能机理三方面对NC及UHPC框架结构进行了全面对比.主要结论如下:(1) UHPC框架结构的抗车辆冲击性能远高于NC框架结构.UHPC框架结构的损伤仅存在于被撞柱,其他部位混凝土的使用性能几乎不受影响.(2)高车速条件下(80~120 km/h),NC柱的损伤分布为剧烈的冲切损伤并伴有明显的塑性变形,框架节点出现明显的受拉及受剪损伤;UHPC柱的背面始终不出现受拉区域,最终发展成贯通框架柱截面的冲剪破坏.(3) NC柱的混凝土内能均比UHPC柱的混凝土内能高,导致NC柱的损伤程度比UHPC柱严重.(4)当车辆保险杠撞击框架柱时,碰撞力产生第一个峰值;当车辆引擎与框架柱撞击时,碰撞力产生第二个峰值.引擎撞击产生的碰撞力峰值均远高于保险杠撞击.UHPC柱的碰撞力峰值平均比NC柱高22.6%,二者碰撞力峰值最大差异可达32.1%.本文研究结果有助于促进UHPC框架结构的抗冲击合理化设计,并保障其安全健康运营.

关键词：超高性能混凝土框架结构抗冲击性能能量机理

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Q690高强钢厚板焊后力学性能

钢结构（中英文） 2024年第5期39卷 17-26页

作者：金皓朱梦飞钟国辉王焰华刘海龙香港理工大学土木与环境工程学院中国香港999077 香港理工大学国家钢结构工程技术研究中心香港分中心中国香港999077 中国路桥工程有限责任公司(港澳地区) 中国香港999077

对50、70 mm厚的高强度Q690钢板及其对接焊接件在拉伸条件下的机械性能进行了全面研究,共进行了40次拉伸试验。首先,针对母材在钢板厚度范围内的3个不同层上提取了18个圆形截面比例试样。对所有这些试样进行了拉伸试验,以获得其机械性能... 详细信息

对50、70 mm厚的高强度Q690钢板及其对接焊接件在拉伸条件下的机械性能进行了全面研究,共进行了40次拉伸试验。首先,针对母材在钢板厚度范围内的3个不同层上提取了18个圆形截面比例试样。对所有这些试样进行了拉伸试验,以获得其机械性能,并研究了它们在不同板厚上的变化。其次,在这些厚钢板之间采用不同热输入能量的埋弧焊制备焊接件。此外,还对焊接部分的典型热影响区进行了微观结构检查。对总共22个矩形截面标准试样进行了拉伸试验,以获得其机械性能,并评估和比较了这些试样的全方位变形特性,特别是其抗拉强度和断裂伸长率,以评价热输入对厚板焊接件力学性能的影响。在拉伸试验过程中,使用数字图像相关技术(dIC)观测并记录试件表面在拉伸状态下的真实应变,进一步研究热影响区对焊接件力学性能的影响。通过针对母材的试验发现,从50 mm厚Q690钢板的各层中取出的试件,其力学性能只有可忽略不计的差别,可以认定沿板厚方向,50 mm板各层之间的力学性能是均一的。而70 mm板中层取出的试件,其屈服强度与抗拉强度相较于上、下两层中的试件,各有7%与6%的折减,而断后延伸率则相差不大。对于焊接件的试验表明,相对于16 mm Q690板,焊接热输入对50、70 mm厚板的力学性能影响更小:对16 mm板焊接件热输入由1.0 kJ/mm增大至2.0 kJ/mm时,焊接件强度折减由0%增大至8%;而对于50 mm板焊接件热输入由2.4 kJ/mm增大至5.0 kJ/mm时,焊接件强度折减保持在4%左右;而对于70 mm板焊接件热输入由2.4 kJ/mm增大至5.0 kJ/mm时,焊接件强度折减保持在1%以内。可以看到对于厚板焊接件,热输入的增大引起的焊接件强度折减的波动更小,因而在厚板焊接时,可以使用更大的热输入以提高焊接效率。同时,提供了有关这些建筑用高强度钢板及其对焊部分机械性能的重要试验证据。试验证明,只要按照既定的焊接规范对焊接过程进行适当控制,这些对焊部分的机械性能几乎不会降低,甚至不降低。因此,这些厚的高强度Q690钢之间的全强度对焊型材在实践中很容易实现,与通常采用的Q355钢类似。

关键词：高强钢焊接焊后力学性能

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