ZrO2纳微米纤维自增韧Al2O3陶瓷力学测试与断裂分析

通过对原位生长ZrO2纳微米纤维自增韧Al2O3基陶瓷的三点弯曲、单边切口梁与Vickers压痕测试,发现陶瓷硬度、弯曲强度与断裂韧性在ZrO2质量分数为35%时出现极大值.经SEM观察与XRD分析,发现裂纹扩展主要受含ZrO2纳微米纤维的α-Al2O3基棒晶控制,诱发裂纹偏转增韧机制,并伴随着相变增韧机制.     

燃烧合成原位增韧氧化铝基复合陶瓷的显微结构与力学性能

通过燃烧合成技术制备出了氧化铝棒晶为基的Al2O3/ZrO2复合陶瓷棒材,研究了大体积Al2O3/ZrO2复合陶瓷的显微结构及力学性能.经对其性能测试发现,陶瓷的硬度和断裂韧性最高可达22.1 GPa和9.16 MPa·m0.5;通过对裂纹扩展路径观察,发现材料增韧是通过以氧化铝棒晶桥接与拔出增韧为主并伴有α-Al2O3片晶桥接多重增韧机制予以实现;经实验分析,可进一步认为以增大燃烧放热量来提高实际熔体温度,并在离心力作用下,进行材料高温高压合成,可显著提升材料的强韧性.     

Q_2黄土调整吸力的非饱和三轴压缩试验研究

通过对Q2黄土进行调整吸力的非饱和三轴压缩试验,研究了浸水湿化程度对Q2黄土力学特性的影响。试验表明:不同浸水湿化程度的Q2黄土,其应力应变曲线为弱软化型,浸水湿化程度越高,软化程度越弱,浸水湿化至饱和时可近似看作理想硬化型;轴向应变较小时,Q2黄土的天然结构保持良好,应力随应变的增大而增大,随着轴向应变进一步增大,其天然结构逐渐被破坏,应力随之先缓慢上升后逐渐减小直至稳定;浸水湿化会同时引起土体应力状态和土体结构的改变,屈服应力随浸水湿化程度的提高而减小,在浸水湿化接近饱和时屈服应力变化最快,土体结构变化最大;形成年代早的Q2黄土细粒质量分数高,结构特征区别于Q3黄土,因而呈现出不同的力学特征。     

非均匀容积式受限空间油气爆炸超压与火焰特征

设计了20 L非均匀容积式受限空间油气爆炸实验系统,完成了油气在其中的爆炸参数测试实验,获得了超压和火焰参数的变化规律。研究结果表明,超压随时间的变化可分为6个阶段,最大超压为791 k Pa;与20 L标准球形容器相比,非均匀受限空间油气爆炸过程中出现强压力振荡,振荡波峰值随时间的变化可用指数函数描述。火焰强度随时间的变化可分为4个阶段,各阶段火焰形态的变化为:球状蓝色层流火焰→亮黄色火焰→暗红色火焰→火焰熄灭。随着油气初始体积分数的增大,最大超压和平均升压速率呈现出先增大后减小的趋势,最大超压峰值(791 k Pa)和最大平均升压速率(7.4 MPa/s)对应的油气初始体积分数均为1.74%,且最大超压和平均升压速率随油气初始体积分数的变化可分别用二次多项式和三次多项式描述。随着油气初始体积分数的增大,火焰强度也呈现出先增大后减小再增大的变化规律,最大火焰强度为7 300 lux,火焰持续时间呈现出先减小后增大的变化规律,最短持续时间为0.317 s,最大火焰强度和最短持续时间对应的油气初始体积分数均为1.74%。     

以应变能释放率判据为基础的Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹相变增韧计算

以应变能释放率判据为基础 ,采用压力敏感准则和权函数法对相变增韧陶瓷Ⅰ -Ⅱ混合型裂纹的增韧效应进行了理论计算 ,分别给出了静止裂纹和定常扩展裂纹相变塑性屏蔽的理论表达式。结果表明 :相变对静止裂纹有负屏蔽效应 ,并随KⅡ/KⅠ 的比值增大而增大 ;对定常扩展裂纹的增韧结果除与材料弹性模量、相变尾区高度和相变体积分数有关外 ,还随KⅡ/KⅠ的比值增大而减小。     

SiO_2在SHS铝热-重力分离法制备陶瓷内衬复合钢管中的作用

采用自蔓延铝热-重力分离法,制备了陶瓷内衬复合钢管,并系统研究了SiO_2添加剂对SHS燃烧过程、陶瓷层相对密度与组织结构、复合钢管力学性能的影响。经研究发现,SiO_2在铝热燃烧过程中作为稀释剂存在,随着SiO_2添加量增多,燃烧温度与蔓延速率下降,并使分布于α-Al_2O_3枝晶晶界处的亚稳定相FeO·Al_2O_3增多;陶瓷相对密度与复合钢管抗压溃强度在SiO_2含量为2wt％时出现极大值(分别为92.5％与430MPa);陶瓷硬度、断裂韧性与复合钢管抗压剪强度随SiO_2含量增加而降低。     

烧结助剂对碳纳米管增强氮化铝陶瓷结构与性能的影响

采用热压烧结工艺制备了碳纳米管增强氮化铝陶瓷,研究了烧结助剂种类、含量对碳纳米管增强氮化铝陶瓷性能及结构的影响.利用XRD、SEM和TEM等分析测试手段对其相组成,断口形貌和微观结构进行了分析.结果表明,烧结助剂Y2O3+CaF2较YE3+CaF2更能促进碳纳米管增强氮化铝陶瓷致密化,但随烧结助剂Y2O3+CaF2含量的增加,碳纳米管增强氮化铝陶瓷致密度提高,而力学、导热性能下降.     

碳纤维混凝土单轴受压应力-应变本构关系

碳纤维混凝土受压应力-应变全曲线研究是对其基本力学性能进行全面认识的基础,也是表现碳纤维混凝土基本受压特性的综合宏观反映。对9组（碳纤维体积分数分别为0,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%,1.2%,1.4%,1.6%）碳纤维混凝土试件进行了立方体和棱柱体抗压强度试验,结果表明碳纤维混凝土立方体和棱柱体抗压强度随碳纤维体积分数的增加呈下降趋势,峰值应变随碳纤维体积分数的增加呈增大趋势。基于各体积分数碳纤维混凝土的棱柱体抗压强度和峰值应变的试验数据,拟合得到了棱柱体抗压强度和峰值应变与体积分数之间的函数表达式。利用微机控制电液伺服压力试验机测定了9组碳纤维混凝土应力-应变全曲线,参照非线弹性理论的混凝土单轴受压应力-应变本构模型,根据测得的全曲线应力-应变数据,拟合得到了应力-应变全曲线上升段表达式参数和下降段表达式参数,最后给出了基于碳纤维体积分数变化的碳纤维混凝土单轴受压应力-应变本构方程。     

SiO_2气凝胶对有机硅涂层耐高温与隔热性能改性研究

SiO_2气凝胶是一种具有三维空间网络结构的新型纳米材料,具有低密度、低导热系数以及耐高温和耐老化等性能。以SiO_2气凝胶为填料,将其添加到有机硅涂层中,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)等仪器,研究SiO_2气凝胶质量分数为1%,5%和10%时,各涂层加热到200,400,700℃时表面形貌、物相结构和表面基团变化情况,同时对各涂层添加不同质量分数SiO_2气凝胶后的耐高温和隔热性能进行研究。结果表明:随SiO_2气凝胶质量分数的增加,涂层耐高温性能提升,SiO_2气凝胶质量分数为10%时,涂层能在700℃高温下保持良好的性能;隔热性能也随SiO_2气凝胶质量分数的增加逐渐增强,与未添加SiO_2气凝胶的涂层相比,其最大温差可达11.2℃;同时,从XRD和FT-IR分析结果可知,随着温度的升高,涂层中的有机物逐渐分解,SiO_2和Al的结晶度逐渐提高,Si—O—Si特征峰强度提高最为明显。     

添加剂对多晶Al2O3透明陶瓷装甲性能的影响

通过试验对比等方法,分析了添加MgO和稀土氧化物Y₂O₃对多晶Al₂O₃透明陶瓷的微观结构（气孔率、晶粒大小和分布）、力学性能以及全透光率的影响。结果表明:当MgO质量分数为0.05%、Y₂O₃质量分数为0.02%时,样品的力学性能和光学性能最佳。研究可为制备透明陶瓷装甲材料提供理论支撑。     

微乳体系中纳米La2O3的制备

用微乳法在AEO-3、正己烷体系中制备La2O3,纳米粉体,并用X射线粉末衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)及激光粒度仪对制备的La2O3纳米粉体产物结构、形貌和粒径分布进行了表征.结果表明,经热处理后的La2O3产物粒子主要为六方晶形,团聚现象不明显.粉体产物的粒径主要分布于25 nm～35 nm之间,分布区间较窄,且随体系中增溶反应物含量的提高产物粒子粒径呈增大的趋势.     

Mo掺杂VO2(B)粉体的制备及敏感性能研究

以草酸为还原性酸,V2O5为钒源,钼酸铵为掺杂离子源,水热合成了不同Mo掺量的纳米VO2(B)粉体.采用XRD、SEM、XPS等技术对粉体进行了表征.研究结果表明:钼酸铵的加入对产物的结构和形貌产生一定的影响,同时提高了VO2在室温时的TCR和电阻.VO2在室温下的TCR的绝对值随钼酸铵含量的增加先逐渐增加后趋于平缓,...     

高海拔下柴油机燃用含氧燃料的试验研究

为解决高海拔地区因缺氧和燃料燃烧不完全造成的发动机动力下降和燃油消耗率增加的问题,将生物柴油以不同体积分数(5%,10%)掺混到柴油中进行发动机台架试验。通过控制发动机进气压力模拟高海拔条件下含氧燃料的燃烧,考察平原和海拔3 000 m地区不同掺混比例的含氧燃料对发动机性能的影响。结果表明:在平原燃用含氧燃料,发动机功率较燃用纯柴油有所降低,且降幅随生物柴油添加量的增加而增大,同时燃油消耗率上升;在海拔3 000 m地区燃用含氧燃料,发动机功率较燃用纯柴油有所增加,且燃油消耗率下降;不管是在平原还是在海拔3 000 m地区,燃用含氧燃料均能够显著降低HC、CO和碳烟排放,但NOx排放有所增加。     

氧气体积分数对油气爆炸特性的影响

作为燃烧和爆炸三要素之一,氧气体积分数的控制对于爆炸事故的防治具有重要意义。实验研究了氧气体积分数对汽油蒸气-空气混合物（简称油气）爆炸极限和爆炸压力的影响。结果表明：随着氧气体积分数的降低,油气爆炸下限呈一阶指数规律缓慢增大,油气爆炸上限呈线性规律迅速减小;爆炸极限范围由0.92%~3.76%缩小为1点,该爆炸极限临界点为1.22%,对应的临界氧气体积分数为11.4%;油气的最大爆炸压力和最大压力上升速率随着氧气体积分数的降低而减小,油气体积分数越大,氧气体积分数影响越显著。     

高pH条件纳米Fe_3O_4催化H_2O_2分解去除水中4-氯酚

为了克服非均相fenton催化反应中溶液初始pH过低的缺点,开展了pH=5时Fe3O4/H2O2体系催化氧化去除水中4-氯酚实验。试验结果表明:制备的铁氧化物为纯Fe3O4,具有反尖晶石八面体结构。纳米Fe3O4能够高效催化H2O2分解氧化水中的4-氯酚,反应180 min后4-氯酚的去除率达到96.8%。当催化剂投量小于2.0 g/L,4-氯酚的去除率随着催化剂投量的增加而升高;当催化剂投量大于2.0 g/L,去除率会随着投量的增加而降低。随着H2O2投量的增加,4-氯酚的去除率先升高后降低。溶液的初始pH对4-氯酚的去除影响较大,pH越低,去除速率和效率越高。重复使用5次以后,纳米Fe3O4仍然保持较高的催化活性。     

Y-La-Si3N4陶瓷的高温力学性能及氧化特征

研究了Y_2O_3和La_2O_3添加剂Si_3N_4陶瓷的高温力学性能和氧化行为。实验结果表明,其抗弯强度值可保持到1350℃,断裂韧性则随温度的升高而增加,到1350℃出现“峰”值;在120O～I350℃范围内,15mol％添加剂Si_3N_4的氧化符合抛物线规律,氧化过程主要由晶界添加剂离子和少量杂质离子的扩散控制。表面氧化产生的化合物导致表面裂纹使抗弯强度大大降低。     

纳米颗粒对超临界二氧化碳流体传热特性的影响

针对超临界二氧化碳纳米流体,采用数值模拟方法研究了纳米颗粒体积分数、壁面热流密度对其在水平管内传热特性的影响。结果表明：当给定入口质量流量,纳米颗粒的掺杂会增大流体密度,入口流速因此而减小,不利于传热;但纳米颗粒的掺杂使得纳米流体热导率显著增大,这有助于提升壁面热流向体相空间的传输速率。因此纳米粒子体积分数越大,其体相流体温度在沿程方向上升温速率也越快。当壁面热流密度q=30 kW·m^-2时,纳米流体在沿程方向上均具有传热强化效果;在更高热流密度时,纳米流体仅在流动充分发展初期具有强化传热效果,在换热管末端其传热效果随体积分数增加显著恶化。     

斜盘式轴向柱塞泵空化特性分析

针对斜盘式轴向柱塞泵的空化现象,建立了斜盘式轴向柱塞泵全流域模型,采用计算流体力学方法研究了全流域空化特性分布,分析了排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数对全流域空化特性的影响规律。研究表明：空化主要发生在吸油区的吸油口、配流盘和柱塞腔区域,空化随气相体积分数增大而加重;排油口负载压力由10 MPa增至30 MPa,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.28%增至6.68%、5.91%增至7.13%、10.03%增至11.23%;缸体转速由2 200 r/min增至3 000 r/min,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.39%增至6.41%、6.26%增至10.54%、7.13%增至10.16%;斜盘倾角由3.64°增至5.64°,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.34%增至6.41%、14.7%降低至13.9%、10.16%增至11.66%。斜盘式轴向柱塞泵在实际设计中,排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角的取值在合理范围内越低越好,斜盘倾角取值存在最优区间。     

压入管桩压桩所致挤土位移的数值模拟

采用位移贯入法施加荷载,以修正剑桥模型作为土体本构关系模型,通过在桩-土界面设置接触面并采用自定义初始孔隙比分布的子程序VOIDRI实现初始孔隙比随深度的非线性分布,建立较为符合压入管桩压桩实际的有限元模型,对压入管桩压桩产生的挤土位移进行数值模拟研究,讨论压入管桩压桩产生的竖向和水平挤土位移沿深度方向和径向的分布规律。研究结果表明:随径向距离的增大,浅层土体的竖向挤土位移逐渐由沉降变为隆起,而深层土体的竖向挤土位移始终表现为沉降;随深度的增大,至桩中心距离较小处土体的竖向挤土位移始终表现为沉降,而至桩中心距离较大处土体的竖向挤土位移逐渐由隆起变为沉降;不同深度土体的水平挤土位移沿径向的分布规律和不同径向距离土体的水平挤土位移沿深度方向的分布规律都趋于一致。最后提出能够有效减小压入管桩挤土效应的施工措施。     

纳米Al2O3／聚酰亚胺耐高温应急粘接堵漏材料的研究

研究了纳米Al2O3粒子对聚酰亚胺粘接材料性能的影响.结果表明,纳米Al2O3粒子能明显提升聚酰亚胺粘接堵漏材料的粘接性能.当纳米Al2O3粒子添加量为8%～12%时,聚酰亚胺粘接堵漏材料的剪切强度可提高37%;纳米Al2O3/聚酰亚胺粘接堵漏材料在高温固化过程中,纳米Al2O3产生向粘接界面偏析现象.