单晶锗纳米尺度二次划痕特性北大核心

现有的单一划痕法磨削机理研究不能反映多个磨粒随机分布所引起的多次划痕之间的相互作用,为了阐明单晶锗磨削过程中多次划痕相互作用对材料去除机理的影响,采用Cube压头对单晶锗进行了不同刻划力的多次刻痕实验。结合Cube压头的几何形状与刻划表面的弹性回复,建立了划痕硬度模型,并对二次刻划中的划痕深度、应力场、弹性回复率、划痕硬度和摩擦特性进行分析,研究第一次刻划时载荷变化对于后续刻划的影响。结果表明:随着第一次刻划载荷的增大,二次刻划时单晶锗的脆塑转变的临界载荷、临界深度、弹性回复率和划痕硬度均在减少,幂函数对于切向力、法向力与刻划深度的拟合准确度降低;最大主应力增加,导致裂纹不断扩展,最终造成材料发生脆性断裂。     

纳米压痕条件下单晶锗的尺寸效应研究

采用准静态法对单晶锗(111)晶面进行了纳米压痕实验,对单晶锗(111)晶面的位移-载荷曲线及硬度-压深曲线进行了分析。结果表明,在压入深度为471.36nm时,单晶锗(111)晶面的加载曲线上出现突进点,随着压入深度的进一步增加,突进点逐渐增多。该点对应为单晶锗(111)晶面由塑性变形向脆性断裂转变的临界点。单晶锗卸载曲线上出现突退点,突退点对应为单晶锗由弹性变形向塑性变形转变的临界点。单晶锗(111)晶面的硬度和弹性模量均呈现出随压入深度的增加而减小的趋势,表现出明显的尺寸效应。基于Nix-Gao模型对单晶锗(111)晶面的硬度与压深关系进行曲线拟合,得到无尺寸效应时的纳米硬度为8.399GPa,微观特征长度为131.907nm,尺寸效应因子为0.168。     

微纳米尺度单晶锗表面切削加工特性

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对微纳米尺度下单晶锗表面在不同刻划速度和载荷下的切削特性进行试验研究。结果表明,在定载荷的条件下,刻划速度越大,沟槽两侧切屑堆积体积越大,沟槽的深度也逐渐增大。切削力随着刻划速度的增加而增加,同时还发现,刻划速度越大,切削力越趋于稳定,波动越小。在较低载荷刻划下,单晶锗表面划痕细小,深度较浅且不明显。随着载荷的逐渐增大,划痕宽度及深度也逐渐增大。沟槽两侧及探针前端有明显的切屑堆积,切削力及切削深度随载荷增大而增大,但并非呈线性增长。     

纳米压痕条件下单晶锗的尺寸效应

采用准静态法对单晶锗(111)晶面进行了纳米压痕实验,对单晶锗(111)晶面的位移-载荷曲线及硬度-压深曲线进行了分析。结果表明,在压入深度为471.36nm时,单晶锗(111)晶面的加载曲线上出现突进点,随着压入深度的进一步增加,突进点逐渐增多。该点对应为单晶锗(111)晶面由塑性变形向脆性断裂转变的临界点。单晶锗卸载曲线上出现突退点,突退点对应为单晶锗由弹性变形向塑性变形转变的临界点。单晶锗(111)晶面的硬度和弹性模量均呈现出随压入深度的增加而减小的趋势,表现出明显的尺寸效应。基于Nix-Gao模型对单晶锗(111)晶面的硬度与压深关系进行曲线拟合,得到无尺寸效应时的纳米硬度为8.399GPa,微观特征长度为131.907nm,尺寸效应因子为0.168。     

单晶锗裂纹扩展行为的仿真与实验研究

单晶锗加工时裂纹的产生严重影响表面质量,为进一步探究单晶锗裂纹扩展的影响因素,通过分子动力学仿真方法,对不同晶面的表面能进行了计算,模拟了不同晶面、同一晶面不同取向以及不同温度对单晶锗裂纹扩展行为的影响,并通过纳米压痕实验对仿真结果的准确性进行了验证。结果表明:单晶锗(110)晶面的表面能最小且更易产裂纹。裂纹在同一晶面不同取向上的扩展行为呈现出周期性镜像对称现象,裂纹尖端出现应力集中和原子错配现象,使得裂纹扩展呈现子母裂纹且路径偏移。在其他条件不变的情况下,适当降低温度更有利于提高裂纹临界扩展应力,降低扩展速率,从而达到抑制裂纹扩展,提高单晶锗加工表面质量的效果。通过纳米压痕实验,发现不同取向下,裂纹扩展的难易程度不同,随着压载的增大,分别出现了45°最长裂纹,165°最易产生裂纹,285°最难产生裂纹并且裂纹最短。     

不同开采深度巷道围岩软化临界载荷研究

为了研究巷道围岩软化临界载荷,建立不同广义围岩强度的数值模型,通过数值模拟计算分析,观察不同广义围岩强度在不同载荷作用下的破坏特征,重点研究了煤层周边3～5倍巷宽范围内的围岩在不同载荷作用下的破坏特征,通过不同强度围岩对载荷的力学响应分析,获得围岩的软化临界载荷,结果表明：直接顶、煤层、直接底的软化临界载荷为17.5～20.0、12.5～20.0、15.0～17.5 MPa,基本顶与基本底的情况相同,在所研究的开采深度范围内是巷道围岩稳定的。     

激光选区熔化Ti-6Al-4V合金纳米压痕尺寸效应分析

在微纳观尺度下分析纳米压痕的尺寸效应,可以为研究激光选区熔化合金材料的力学性能提供较为客观的试验依据。使用准静态法对激光选区熔化制备的原始态和退火态Ti-6Al-4V合金进行了纳米压痕试验,并根据Meyer模型和比例试样阻力模型对Ti-6Al-4V合金的载荷和接触深度进行了函数拟合。结果表明:最大载荷分别为200、300、400mN时,原始态合金的硬度分别为3.64、3.71、3.94GPa,退火态合金的硬度分别为7.48、7.43、6.84GPa;拟合结果表明原始态合金呈逆压痕尺寸效应(RISE),退火态合金呈正压痕尺寸效应(ISE);比例试样阻力模型在退火态可以很好地预测合金的硬度;晶界是否连续是原始态和退火态合金产生两种不同类型压痕尺寸效应的主要原因。     

基于纳米压痕的煤岩微观力学特性及其影响因素剖析

煤岩微观力学特性与宏观力学特性关系密切，是剖析宏观力学性质机理的关键指标，也是影响煤层气压裂开采的重要因素。现阶段煤岩微观力学特性研究局限于力学参数表征与现象描述，演化机制及影响机理方面的研究较为缺乏。以我国不同变质程度煤岩为研究对象，通过以纳米压痕实验为主，低温液氮与原位激光拉曼测试为辅的手段，实现了纳米压痕实验关键参数优选，并明确了煤岩镜质组与惰质组微观力学特性及其主控因素。研究结果表明：(1)预实验结果显示，低载荷、小量程下，最大压入深度在1 000 nm左右(对应峰值载荷约为9 mN)的参数设定较为适合煤岩镜质组和惰质组的纳米压痕实验；(2)煤岩惰质组的弹性模量和硬度均普遍高于镜质组，且同一煤样中不同位置显微组分的弹性模量和硬度相近，说明在局部范围内煤基质显微组分的微观力学性质分布具有一定相似性；(3)煤岩显微组分和成熟度通过控制孔隙结构与化学结构以“一主一辅”形式共同影响其微观力学性质，即镜质组微观力学强度随煤化程度加深先升后降再升，下降段主要受因气孔增多导致的孔隙结构变化影响，上升段化学组分和结构为主控因素；惰质组的微观力学性质随煤岩成熟度升高持续增加，始终以受化学组分和结...     

纳米Al2O3对Ni基合金激光抛光表面光洁度的影响

为提高激光抛光表面光洁度,采用1 070nm,200W光纤激光器(SPI激光器SP-200C-A-A6-A-C)进行激光抛光实验。首先在电镀纯Ni样品上进行实验,采用相同的参数对Ni/Al_2O_3(4.4%,体积百分比)纳米复合材料进行激光抛光。在其他参数相同的情况下,通过改变激光能量密度进行实验,最后通过形貌和微观结构表征研究Al_2O_3纳米颗粒对Ni抛光性能的影响,再利用光学和热物理性质对激光熔化进行了数值模拟。结果表明,在最佳激光抛光工艺条件下,Ni/Al_2O_3的表面粗糙度由323nm降低到72nm,纯Ni的表面粗糙度由254nm降低到107nm。在纳米颗粒的帮助下,标准化表面粗糙度降低了近2倍。激光加工区截面的微观结构研究表明,通过添加Al_2O_3纳米粒子,激光熔化区(MZ)深度从1.8μm增加到3.2μm,而热影响区(HAZ)的大小从8.4μm显著减小到2.9μm。激光抛光中通过纳米粒子调节熔池动力学,克服了激光抛光的基本限制。随着纳米粒子对热物理性质的改变,热毛细流动的开始发生了改变,从而为毛细区提供了更宽的处理窗口。纳米颗粒的增黏作用提高了毛细区的平滑效率。数值模拟进一步证明了纳米颗粒抑制了热传递,增强了表面层内的热积累,从而降低了MZ深度。纳米粒子限制了晶粒的生长,提高了晶粒生长温度,使热影响区缩小。     

应用于导电墨水的纳米铜胶体的研制

以硼氢化钾(KBH4)为还原剂、硫酸铜(CuSO4.5H2O)为前驱体,乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为络合剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为反应场表面活性剂,KOH为pH值调节剂,制备纳米铜胶体.对影响纳米铜胶体粒径以及分散稳定性的因素进行了研究,结果表明:当CTAB,KOH,EDTA-2Na的用量分别为0.22,1.5,0.3～0.4mol/L时,纳米铜胶体的粒子粒径为30nm左右,胶体的分散稳定性较好;用该化学还原法可制备出最小粒径为1.09nm的纯净纳米铜.在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的保护下,可有效防止纳米铜粉末氧化.     

总降主变压器经济运行分析

分析了某公司总降 1 #、2 #主变压器技术特性、负荷经济分配以及降压主变经济运行的节能效果     

液压支架单伸缩立柱临界载荷的计算方法

液压支架是煤矿综合机械化采煤工作面的支护设备,单伸缩立柱是液压支架上的主要部件之一。在分析了单伸缩立柱受力的基础上,建立了单伸缩立柱临界载荷计算的数学模型,提出了临界载荷的计算方法。     

液压支架双伸缩立柱临界载荷的计算方法

液压支架是综合机械化采煤工作面的支护设备,双伸缩立柱是液压支架上的主要部 件之一。在分析了双伸缩立柱受力的基础上,建立了双伸缩立柱临界载荷计算的数学模型,提出了 临界载荷的计算方法。     

DWX型单体液压支柱静力稳定性分析

简述了DWX型单体液压支柱的结构和工作原理,考虑了单体液压支柱油缸变形以及活柱体和油缸套接段的影响等因素,建立了DWX型单体液压支柱稳定性分析的计算模型,导出了相应的临界力计算公式。通过实例计算与现有方法进行比较,论证了其可行性。     

Mechanics analysis on the conditions of rock burst occurrence in the coal mass of roadway rib

According to the rock burst features occurred in the coal mass of roadway rib in one mine, the mechanics model of coal mass and roof structure system along the edge of goaf was founded to analyze the stress of roof rock layer, so the subside curve of roof rock layer was deduced. Furthermore, the stability of coal and rock system were analyzed, the critical load and critical resistance zone were used to judge the danger degree of rock burst occurrence. The influence of coal mass strength, brittleness degree, coal seam thickness, roof thickness, suspending length, equivalent shear module on the critical load, critical resistance zone was confirmed. So the rock burst occurrence conditions of coal mass in roadway rib mainly depend on mining depth, coal seam thickness and hard roof and floor, which are decided by the above studies, and successfully applied in prediction and prevention of rock burst in this mine. Supported by the Natural Science Fund of Liaoning Province(20042176)     

考虑泊松比影响的条形基础临界荷载工程计算

以土力学中有关临界荷载的理论为基础 ,该文得到了不同地基土泊松比的条形基础临界荷载的工程习用计算式 ,该方法是一种精确计算方法 ,所得结果已经过各方面验核。     

THE ANALYSIS OF ROCKBURST IN COALMINE

This paper has put forward energy criteria and disturbance-response criteria for rockburst. The coal pillar rockburst or rockburst at roadway and working face have been analyzed. An equation is given to calculate the critical load when a rockburst occurs. The ratio E/λ of the elastic modulus E and softening descending modulus λ is believed to be an important parameter of rockburst. The concept of resistance zone is put forward and the critical depth of resistance zone can be used in the forecast and prevention of rockburst. The value of supporting stress of roadway has much effect on the critical load.     

单轴压缩条件下预制裂纹岩块破碎过程的数值模拟

应用FLAC3D软件对含预制裂纹砂浆块和完整砂浆块试样在单轴压缩点荷载作用下的破碎过程进行了数值模拟.结果表明:完整砂浆块的破碎过程首先出现一个应力集中区,形成密实核,然后形成中间裂纹、径向裂纹、侧向裂纹,这些裂纹迅速扩展,并衍生许多新的次生裂纹,沿着剪切或拉应力迹线贯通整个岩块;而含预制裂纹岩块的破碎则是在出现密实核后,随之在裂纹的两个端部出现应力集中,然后沿主载荷方向扩展,形成翼型裂纹,最后贯通整个试件;含预制裂纹试件和完整岩块的破碎应力-侵深曲线均出现跃进式特征,但裂纹试件裂尖局部的应力集中导致了翼型裂纹的产生并且沿主应力方向扩展,较早导致试件的破碎,其临界失稳荷载明显下降,预制裂纹对试件破碎效果的影响是显著的.     

抗拔荷载作用下锚固体与岩土体界面剪切作用

为了加深对锚固机理的研究,通过建立锚杆在受到拉拔荷载作用下锚固体界面侧阻力产生软化的数学模型,分析了锚固体与周围土体界面分别处于弹性状态、塑性状态、部分进入滑移状态、全部进入滑移状态4个阶段锚杆的轴力、位移和锚固界面剪应力,推导了锚杆产生松动的临界荷载、拉拔荷载与松动长度的关系及锚杆极限抗拔荷载的理论公式。结果表明,当锚杆在受到拉拔作用后滑移破坏首先在端部产生,然后荷载向锚杆里端传递,致使锚固体进一步破坏;根据拉拔荷载与锚杆松动长度之间的关系,当锚固体界面的侧阻力大于临界滑移的侧阻力时,在拉拔荷载作用下锚杆表现为渐进性破坏,当锚固体界面的侧阻力小于临界滑移的侧阻力时,则为突发性破坏。     

中国煤矿软岩工程地质力学研究进展

简要论述了中国煤矿软岩工程地质力学的研究进展 ,首先指出了国际岩石力学学会关于软岩定义的缺陷 ,提出了新的软岩定义和分类 ,在此基础上 ,论述了软岩的变形力学机制、软化状态方程、软岩工程地质力学设计方法。可以认为 ,中国软岩工程地质力学已经形成了完整的理论框架系统。