关键词： 仿生减阻   微结构   MEMS剪应力传感器   精细数值模拟   减摩阻机理  

摘要： 本文从水下航行体对高效减阻技术的迫切需求出发,借助先进的数值模拟技术,并辅以原理性试验验证,建立近壁湍流边界层精细流动结构特征参数与摩擦阻力的相关关系,揭示仿生壁面减摩阻技术的作用机理和规律,为新型仿生减阻技术的研发提供技术支撑和理论基础。论文首先对仿生减阻技术国内外发展现状进行了评述,对目前存在的主要问题进行了分析和讨论。其次建立了基于MEMS的剪应力水下测量技术,完成了MEMS剪应力传感器阵列水下标定及平板基准检验试验研究,并应用于SUBOFF潜艇模型剪应力测量水池试验,为开展仿生壁面湍流精细流动结构数值计算提供了有效的试验验证手段。开发了一种适用于仿生微结构表面精细流动结构模拟的LES数值计算方法,提出了能分辨湍流边界层流动中发卡涡空间尺度和猝发时间尺度的LES网格尺度选择准则,实现了高雷诺数下仿生微结构表面流动的全域计算;并通过MEMS剪应力测试结果以及国外相关试验和直接数值模拟结果验证,为开展仿生微结构减阻机理研究及优化设计提供了有效的技术手段。基于近代湍流理论和典型仿生壁面减摩阻机理的研究成果,分析提取了仿生壁面湍流边界层相干结构特征参数以及其中对壁面摩阻起决定作用的显著性参数,探讨了壁面摩阻与平均流及相干结构特征参数的相互关系,为仿生微结构表面减阻机理的量化研究和设计应用提供理论基础。基于上述理论分析和开发的LES方法,计算并分析了沟槽和随行波两种典型减阻表面的精细流动结构和减阻机理,获得了近壁流动特别是相干结构的特征参数变化规律,定量地揭示了这两种仿生表面的不同减阻机理,为仿生减阻表面微结构的设计提供技术指导。最后提出了耦合优化沟槽和随行波减摩阻机理的复合型减摩阻表面微结构的设计方法,设计一种仿生鱼鳞形复合减阻表面,分析评估其减阻效果,并验证了所提出的减摩阻思路、仿生复合表面减摩阻的设计思想,以及初步建立的近壁湍流结构特征参数与壁面摩阻的关系,相关成果为新型仿生减摩阻技术的研发奠定了基础。

关键词： NBT   SOFC   电解质   交流阻抗  

摘要： Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)材料是一种具有钙钛矿晶体结构的、可用为固体氧化物燃料电池(SOFC)的新型电解质材料,其在中低温条件下(T≤750℃)具有较高的电导率.本文研究了B位不同金属元素(包括Mg、Zn、Cu等)微量掺杂对NBT材料结构及导电性能的影响.X射线衍射表征结果显示,微量金属元素掺杂后形成的NBT材料仍具纯的钙钛矿结构,无第二相出现;交流阻抗测试结果显示,由Mg2+微量掺杂的NBT材料具有最高的总电导率,表现出极好的SOFC电解质性质.

关键词： C/C复合材料   基体改性   反应熔渗   Al-Si-C体系   烧蚀  

摘要： 为了提高C/C复合材料的抗烧蚀性能,采用反应熔渗法制备Al-Si-C改性C/C复合材料,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱和电子探针分析等手段分析熔剂成分、熔渗温度和气氛等参数对复合材料微观结构的影响。利用氧-乙炔焰烧蚀仪研究Al-Si-C改性C/C复合材料的烧蚀性能、烧蚀行为及机理。结果表明,随着工艺参数不同,反应熔渗法可制备出三类典型的Al-Si-C改性C/C复合材料。在1 500℃,氩气气氛中反应熔渗2 h形成了Al+SiC均质改性C/C复合材料;随着熔渗温度的升高(1 600℃)和熔渗时间的延长(6 h),形成了Al_4SiC_4+SiC改性C/C复合材料;在1 600℃,真空气氛中反应熔渗6 h形成了SiC+Al梯度改性C/C复合材料(Al含量由内到外递减)。三类Al-Si-C改性C/C复合材料显示不同的烧蚀行为,其中,SiC+Al梯度改性C/C复合材料具有最优的抗烧蚀性能,在2 500℃下烧蚀60 s后,样品表面无明显的烧蚀坑,质量烧蚀率分别为-1.0×10^(-3)g/s和-1.2×10^(-3)g/s。

关键词： 微结构   结构形成机理  

摘要： 水泥-沥青-环氧树脂(CAE)复合胶结材料具有很好的粘结性能、高温稳定性以及柔韧性,适于钢箱梁桥面铺装材料的使用。通过路用性能研究及SEM微观形貌进行分析,结果表明,CAE混凝土中沥青与环氧树脂形成相互交织的连续网络结构,通过水泥联接。提出CAE的形成包括机械分散、互相作用、网络形成、强度发展4个过程。并通过实验验证了所提出的CAE微观结构和形成过程。

关键词： 锰基钙钛矿氧化物   低场磁电阻效应   粘结型复合材料  

摘要： 采用粘结法制备了La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3/石墨复合相样品,研究了一系列La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_3/石墨复合相样品的相结构、形貌、电输运及磁电阻性质。研究发现母相的晶体结构在粘结过程中没有改变,粘结剂主要分散在母相的表面/晶界处。材料的电阻率随着环氧树脂含量的增加而增大。在整个实验温度范围内,没有出现绝缘-金属(I-M)相变。所有样品都展示了明显的低场磁电阻特征,没有观察到本征峰的出现,低场磁电阻归因于自旋极化隧穿。

关键词： 超材料   拓扑优化   水平集方法   负泊松比   负热膨胀  

摘要： 提出一种拓扑优化设计方法,用于设计同时具有负泊松比和负热膨胀系数的超材料.超材料是人工设计的复合材料,由微米或纳米结构的周期性阵列组成,并具有天然材料难以具备的超常物理性质.基于拓扑优化理论,建立了一个表示多材料微观结构的多相边界的水平集模型,并采用数值均匀化方法来计算微观结构的等效性能,然后通过参数化水平集优化方法实现边界形状的演变和拓扑结构的设计.通过两个数值算例,给出超材料微结构材料分布的优化结果,证明了设计方法的可行性,为实现具备特殊性能的人工材料设计提供了一套系统的设计方法.

关键词： 无刷直流电机   有限元   电磁特性   机械运动特性  

摘要： 无刷直流电机以其结构简单、效率高及易于控制等特点,已在汽车、航天、家用电器等领域得到了广泛的应用。新型无刷直流电机是在传统无刷直流电机的基础上提出的新结构电机,该电机采用双组凸极定转子结构,并利用中央线圈替代了转子永磁体励磁,具有高气隙磁通、启动转矩大的特点。该文对电机的结构及工作原理进行了介绍。根据电机结构的基本参数,构建电机的三维模型,运用三维有限元仿真对电机的电磁特性和机械运动特性进行研究,并通过空载实验验证了新型无刷直流电机不但具有传统无刷直流电机结构简单,可靠性高的特点,而且效率高、扩速能力强,对于实现其在工业传动系统中的应用具有参考价值。

关键词： 单向复合材料   等效导热系数   间隙缺陷   代表性单元   图像识别   接触热阻  

摘要： 以T300碳纤维/环氧树脂基单向复合材料为例,考虑纤维周围间隙缺陷的影响,建立了基于微观图像识别的等效导热系数预估方法.首先利用图像识别技术处理材料微观电镜照片,然后依据纤维体积分数稳定性判据应用几何重构技术建立了代表性单元,并通过在代表性单元(RVE)内部交界面处添加接触热阻的方法引入间隙缺陷的影响,最终利用有限元方法模拟得到等效导热系数(ETC).研究发现:间隙的位置对等效导热系数影响微弱;随着间隙缺陷占比和厚度的增加,等效导热系数显著降低;间隙缺陷占比大于0.8,无量纲间隙缺陷厚度小于0.15时,单向纤维增韧复合材料的等效导热系数受间隙影响最突出;相对于纤维和基体理想接触的情况,考虑间隙缺陷后,等效导热系数最大降幅可达52.1%.

关键词： 泡沫材料   蠕变性能   微结构   变形机制   模型  

摘要： 针对较低密度开孔泡沫的正四面体模型,通过引入支柱结点处的体积修正使新模型能够用于预测较大密度范围内的泡沫材料的蠕变性能,并且基于该修正模型,分析了斜支柱的弯曲变形机制以及剪切变形机制对蠕变应变率的影响。结果表明:当泡沫材料的相对密度较低时,支柱的弯曲变形机制决定了其蠕变速率;而当相对密度较高时,支柱的剪切变形作用机制开始主导其蠕变速率。通过与实验结果的比较验证了本文预测的有效性。

关键词： 时效时间   显微结构   屈服强度   磨损率  

摘要： 研究了时效处理时间对SiC/AZ81镁基复合材料显微结构和性能的影响。结果表明,随着时效时间的延长,SiC/AZ81镁基复合材料中β-Mg_(17)Al_(12)析出相数量先增多后减少,析出相尺寸先减小后增大;不同时效处理时间下SiC/AZ81镁合金基复合材料中均无其他新相生成;复合材料的压缩屈服强度先增大后减小,当时效时间为20 h时,复合材料的压缩屈服强度达到最大值,为182.1 MPa;SiC/AZ81镁合金基复合材料的磨损率先增大后减小,当时效时间为16 h时,SiC/AZ81镁合金基复合材料具有最高的磨损率。因此,最佳时效时间为16 h。