MoS2/MoO2共形异质结构的制备、表征及其生长机理

作为典型的二维层状半导体材料,MoS₂及其异质结构在后摩尔时代的电子学和光电子学领域具有广阔的应用前景。以MoO₃为前驱体,利用化学气相沉积法(CVD)先制备了MoO₂纳米片,随后使用硫蒸气对其进行硫化合成了含2～4层MoS₂的MoS₂/MoO₂的共形异质结构。通过X射线光电子能谱(XPS)和Raman光谱对MoS₂/MoO₂共形异质结构进行表征,确定了MoS₂的层数随硫化时间的变化关系,即随着硫化时间的延长,MoS₂层数逐渐增加。利用原子力显微镜(AFM)对异质结构的厚度表征结果发现,硫化后纳米片厚度有所减薄,并且随着硫化时间的增加,MoO₂纳米片硫化前后的厚度差呈现出反常的先下降后上升的趋势。最后通过高分辨环形暗场扫描透射电子显微镜(ADF-STEM)对MoS₂/MoO₂共形异质结构截面进行表征,并揭...     

铝基金刚石复合材料热性能的数值模拟与实验验证

利用有限元软件建立铝基金刚石复合材料的代表性体积单元,研究了不同的金刚石体积分数及粒径对铝基金刚石复合材料导热系数和热膨胀系数的影响.同时采用挤压铸造的方式制备出各种铝基金刚石复合材料样件,并测量出其导热系数和热膨胀系数,将有限元模拟结果与实验结果进行了对比验证.结果表明:有限元模拟结果与实验结果吻合较好;当金刚石粒径...     

三维损伤容限设计:离面约束理论与疲劳断裂准则

损伤容限设计是为保证含裂纹结构安全而发展的抗疲劳断裂设计方法.其核心思想是:承认构件中存在初始裂纹,基于断裂力学理论对裂纹疲劳扩展寿命和结构剩余强度进行分析和试验验证,并结合定期检查,保证结构在服役中裂纹不会发生失稳扩展.对于承受交变载荷的结构,如飞机、轮船、压力容器等,损伤容限设计思想已成为保证大型装备服役安全性和经济性相统一的科学设计理念.在回顾飞机结构强度设计理念发展的基础上,总结了损伤容限设计思想的科学内涵;阐明了损伤容限设计的理论基础—断裂力学—由二维理论发展到三维理论的必要性;详细介绍了三维损伤容限设计的理论、方法与应用.最后,对损伤容限设计的进一步发展作了简要展望.     

低屈服钢拉伸试验与数值研究

为了了解低屈服钢的拉伸性能,开展拉伸试验并进行数值研究:采用圆棒试件进行单轴拉伸试验,分析试件的力-位移曲线、延展性以及断裂模式等;基于幂强化法和加权平均法计算材料颈缩后的真实应力-应变数据;采用扩展有限元方法对圆棒试件的拉伸、颈缩以及断裂过程进行数值模拟。通过与试验数据的对比发现:加权平均法可以得到与实际相吻合的颈缩后的真实应力-应变数据;扩展有限元方法可以对低屈服钢的拉伸、颈缩与断裂过程进行有效的仿真。     

T形盒形件拉延冲压工艺优化

以T形盒形件的成形性能为研究对象,首先对材料5754铝合金、6016铝合金、DC03钢和SPCE钢进行拉伸实验和杯突实验,得到材料的力学性能指标。然后通过数值模拟方法,定量地研究了冲压工艺参数(毛坯形状、摩擦力、冲压速度和压边力)和数模尺寸(倒角半径和转角处倾斜台角度)对T形件冲压成形性能的影响规律。最后采用有限元模拟指导某汽车电子控制系统覆盖件(T形盒形件)的研发,通过增大第1次拉延数模的顶部圆角半径和倾斜台角度,成功解决了该产品起初试模转角处破裂的问题。以T形件的最大减薄率为评价指标,结果表明,可以通过增加转角处倾斜角和凸凹模之间的润滑来提高T形件的成形质量。     

45钢椭圆孔板应力集中的应变率效应

含孔板的应力集中问题一直是结构安全评估的重要研究课题。许多学者研究了线弹性孔板在静态载荷下的应力集中问题,包括孔的形状,材料的各向异性和加载方向等因素的影响。然而,当孔板承受动态载荷发生塑性变形时,应力应变关系的非线性和应变率效应会导致应力集中与线弹性结果有明显的不同。因此,基于Johnson-Cook模型,对45号钢含孔板孔边的动态应力集中问题进行了系统的有限元分析。研究结果表明,塑性应力集中系数不仅取决于加载大小(应变)而且还取决于加载速度(应变速率)。给定远端应变1%,在平面应力状态下:圆孔板在应变率6)ε∞=20/s下的应力集中系数比应变率6)ε∞=0. 1/s下的结果高10%;对于形状因子(短轴/长轴)为0. 5的椭圆孔板,在应变率6)ε∞=20/s下的应力集中系数比应变率6)ε∞=0. 1/s下的结果高11%。     

基于三维断裂理论的结构损伤分布式在线监测系统

目前飞机等结构的安全主要通过疲劳及损伤容限设计来保证,但设计阶段采用的载荷谱与结构服役期间所承受的实际载荷谱存在差异,设计阶段无法准确预测结构的实际使用寿命.为保障结构服役期间的安全,设计基于三维断裂理论的结构损伤在线监测系统.系统通过传感器实时监测结构关键点处的载荷谱,并基于三维断裂力学理论,计算结构在载荷谱作用下损伤的扩展.系统采用现场总线和以太网两种通信方式,当数据传输量小、实时性要求较高时,可采用现场总线通信,当数据传输量大、实时性要求不高时,可采用以太网通信.针对大型结构需要多点监测的需求,提出基于现场总线和以太网构建分布式监测系统的两种方案.通过对标准试件在常幅载荷作用下疲劳裂纹的扩展进行监测,演示系统的工作原理和技术可行性.     

低温环境下TC4ELI钛合金三维疲劳裂纹扩展模型

利用疲劳试验机及扫描电镜研究了不同温度(20,-20,-40,-60℃)下不同厚度(12.5,9.0,6.0,3.0 mm)TC4ELI钛合金的疲劳裂纹扩展行为,建立低温环境下该合金的三维疲劳裂纹扩展模型。结果表明：由于闭合效应,减小厚度或降低温度均会减缓试验合金的疲劳裂纹扩展速率,Paris二维公式中的材料参数C和n并非常数;而在三维疲劳裂纹扩展理论框架下,修正后的Paris三维公式中的材料参数C_eff和n_eff均为常数,建立的三维疲劳裂纹扩展模型可以对不同温度下不同厚度试验合金的疲劳裂纹扩展行为进行归一化描述。     

TC4ELI钛合金疲劳裂纹路径偏折与寿命提升机制

作为深海载人装备结构的优选材料，TC4ELI(Extra-low-interstitial低间隙元素)钛合金的抗疲劳裂纹扩展性能至关重要。对TC4ELI的疲劳裂纹扩展行为进行系统测试与原位观测，同时选取传统TC4钛合金进行对比试验。结果显示，与TC4相比，TC4ELI具有更高的疲劳裂纹扩展寿命；同时，原位观察发现，TC4ELI的疲劳裂纹扩展存在明显偏折现象，导致裂纹路径比TC4更为曲折。进一步，综合利用微观表征手段对TC4ELI疲劳断口、材料组份、裂纹路径区域微结构进行系统的分析。在此基础上，利用有限元模拟计算裂纹扩展驱动力随偏折角度的变化规律，并分析裂纹偏折对TC4ELI疲劳扩展寿命的影响机理。研究对TC4ELI深海装备结构的损伤容限设计提供了参考。     

直书写打印的生鲜品质监测用温/湿度传感器

生鲜在运输和储存过程中有温度和湿度监测的需求，针对传统半导体传感器多感性、选择性差等缺点，课题组设计了一种基于石墨烯与氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的温/湿度传感器，并采用直书写3D打印技术将其打印成型。对传感器在温/湿度变化环境下进行了性能研究和解耦分析。实验结果表明：石墨烯和氧化石墨烯分别对温度和湿度响应灵敏且互不干扰，并具有良好的稳定性和重复性，可以实现对运输及仓储环境中温度和湿度的实时、精准监控，降低生鲜的腐坏概率，保证产品质量。