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晶体生长机制和生长动力学的蒙特卡罗模拟研究

朱阁 , 卢贵武 , 李英峰 , 蓝建慧 , 张军 , 郑庆彬 , 黄乔松 , 孙洵 , 夏海瑞

人工晶体学报 doi:10.3969/j.issn.1000-985X.2006.01.006

采用动力学蒙特卡罗方法,对在完整光滑界面上低过饱和度溶液中的晶体生长机制和动态过程进行计算机模拟,得到了晶体生长速率与溶液过饱和度之间的关系以及晶体生长的表面形态.对以二维成核为主要生长机制的动力学生长规律进行分析,发现了二维成核生长的生长死区以及单核生长转变为多核生长时的过饱和度临界值,讨论了热粗糙度、表面扩散、台阶平均高度以及表面尺寸对晶体平均生长速率的影响.

关键词: 蒙特卡罗模拟 , 生长机制 , 晶体表面形态 , 晶体生长动力学

高温叶片换热性能不确定性量化

宋英杰 , 聂俊 , 郭振东 , 宋立明 , 李军 , 丰镇平

工程热物理学报

结合共轭换热分析方法和基于拉丁超立方采样与Kriging近似模型的蒙特卡罗方法,提出了高温叶片换热性能不确定性量化方法.在量化主流进口总压、总温、湍流强度以及冷气进口总压四个运行参数的不确定性的基础上,对高温叶片Mark-Ⅱ进行了换热性能不确定性量化.分析了不确定性工况参数对叶片最高温度和最大温度梯度两个关键随机输出参数的影响,并通过设定最高温度和最大温度梯度的临界值,进行了可靠性分析.计算结果表明,不确定性参数可导致叶片最高温度增加42.3 K,最大温度梯度增加2.20 K·mm-1;最高温度下和最大温度梯度下的可靠度分别为94.2%和97.0%;主流进口总温不确定性对叶片换热性能和寿命影响最大.

关键词: 不确定性量化 , 共轭换热分析 , 蒙特卡罗模拟 , 拉丁超立方采样 , Kriging响应面

超细晶粒钢闪光焊热影响区显微特性分析及其组织有限元模拟

王维斌 , 刘建萍 , 史耀武 , 雷永平 , 田志凌

机械工程材料 doi:10.3969/j.issn.1000-3738.2004.08.002

结合焊接接头的微观组织观察和宏观性能试验,分析了超细晶粒钢筋直流闪光对焊接头热影响区的显微组织、焊接热影响区各区段的显微硬度分布;利用蒙特卡罗模拟方法,模拟了400MPa超细晶粒钢在一定焊接规范下热影响区奥氏体晶粒的演变情况.结果表明:从熔合区到母材,随着距熔合区距离的增大,显微特性发生明显变化;显微硬度只在焊缝心部区域出现局部降低,但这并不影响整个接头的宏观性能.数值模拟可以预测HAZ中晶粒的分布及温度梯度对晶粒长大的阻碍作用,与实际晶粒大小较为吻合.

关键词: 超细晶粒钢 , 直流闪光对焊 , 热影响区 , 蒙特卡罗模拟

单壁碳纳米管储氢过程的GULP模拟

胡雅婷 , 周硕 , 马晓兰 , 李华

人工晶体学报

利用GULP软件的蒙特卡罗模块对常温(T=300 K)下单壁碳纳米管(SWNT)管内物理吸附储氢进行了模拟.研究和讨论了5种半径的扶手椅管在T=300 K时的吸附等温线,给出了同一管径在不同压强下氢气分子在碳纳米管中分布变化的对比图,并对T=300 K,P=10 MPa时不同管径的碳纳米管储氢能力进行了对比.结果显示,常温下压强不大于10 MPa时单壁碳纳米管吸附氢气的质量储氢容量不超过1.8%,体积吸附量不超过22 kg·m-3,表明纯单壁碳纳米管具有一定的吸附氢气的能力,但其存储能力与美国能源部提出的研究目标尚有一定差距,还需通过改变碳纳米管的结构、特性等方法来改善其储氢特性.

关键词: GULP , 蒙特卡罗模拟 , 单壁碳纳米管 , 储氢

不对称熔融共混体系相行为的Monte Carlo模拟

浦鸿汀 , 唐小真 , 徐祥铭

高分子材料科学与工程

用自由体积扩散(FVD)算法模拟了不对称A//B型(75//25)不相容熔融共混体系的相行为,模拟结果表明,如果温度足够高(假设聚合物不降解),即使不相容共混体系也有可能表现出类似于相容体系的相行为/.还模拟了低分散相含量的A//B型(91//9)不相容共混体系呈现出的部分相容的现象,认为部分相容的原因是由于B的含量非常低,分子链热运动过程中,B与B聚集到一起的机会比75//25的A//B共混体系要少得多,分散相相区尺寸非常小,部分链甚至以分子级水平与A相混,因而共混物即表现出部分相容的特性.

关键词: 蒙特卡罗模拟 , 高分子共混 , 相结构 , 形貌

简立方晶体(001)晶面生长的蒙特卡罗模拟

李明伟 , 程旻 , 付东 , 李哲 , 朱廷霞

功能材料

通过对简立方晶体(001)晶面生长的蒙特卡罗模拟,获得了不同晶体表面热粗糙度,不同过饱和度,不同平均扩散距离以及不同表面尺寸下晶体生长速率;同时,应用舍维数法,计算了表面分形维数;并对表面形貌及描述表面特性的相关参量作了分析.结果表明,法向生长模式和二维核生长模式,包括单核和多核生长模式,都可能出现,其主要取决于热粗糙度和过饱和度的大小.晶体生长速率与表面的微观特性紧密相关,如扭折、台阶、台面和吸附基元的百分比.

关键词: 晶体生长 , 蒙特卡罗模拟 , 表面形貌 , 分形维数

蒙特卡罗模拟金刚石薄膜化学气相沉积过程中甲烷浓度的影响

尚勇 , 董丽芳 , 马博琴 , 王志军

人工晶体学报 doi:10.3969/j.issn.1000-985X.2005.02.035

本工作采用蒙特卡罗模拟,研究了以CH4/H2气体混合物作为源料气体的电子辅助热丝化学气相沉积中甲烷浓度对气相沉积过程的影响.计算了典型实验条件下电子能量分布,研究了电子平均能量、碎片H及CH3数目的空间分布、H与CH3的比值及CH3携带的能量随甲烷浓度的变化.结果表明:当电子能量为2-3eV时,电子的数密度达到一峰值;平均电子能量随着甲烷浓度的增加而增加;电子与气体分子碰撞产生的碎片H、CH3和CH2的数密度随距热丝的距离而变化;随着甲烷浓度的增加,原子氢H的数目缓慢下降,然而,官能团CH3和CH2的数目缓慢上升;H与CH3的数量比随甲烷浓度的增加而减少;碎片CH3携带的能量处于1~5eV范围之内,且当甲烷浓度为1.3%时,该能量达到一最值.

关键词: 金刚石薄膜 , 化学气相沉积 , 蒙特卡罗模拟 , 气相过程 , 甲烷浓度

基于弹塑性剪滞理论的单丝复合材料段裂过程的蒙特卡罗模拟

王晓宏 , 张博明 , 杜善义 , 孙新杨

复合材料学报

单丝复合材料段裂试验(SFCFT)中,随着外载荷的增加,纤维出现了随机脆断的现象,并在一定的载荷下纤维的段裂数达到"饱和"状态(即纤维段裂数目不再增加),该试验常用于表征纤维与基体间界面性能.针对该试验,本文中充分考虑了组分材料的真实件能(即基体材料的弹塑性性能),利用弹塑性剪滞理论进行纤维与基体间的应力传递分析,初步获得较真实的纤维轴向应力及界面剪应力分布形式;在此基础上,考虑纤维强度分布的非均匀性,利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对试验巾纤维的随机段裂过程进行了模拟预报,获得载倚与纤维的段裂数的关系.模拟预报与试验结果比较吻合,表明该应力分析及模拟方法的有效性.

关键词: 单丝复合材料 , 界面 , 剪滞模型 , 蒙特卡罗模拟 , 随机段裂

电子原子碰撞K壳层电离截面研究

安竹 , 刘慢天 , 唐昶环 , 付玉川 , 彭秀峰 , 何福庆 , 罗正明

原子核物理评论 doi:10.3969/j.issn.1007-4627.2003.04.009

近年来, 研究组发展了一套利用厚衬底薄靶测量电子原子碰撞内壳层电离截面的方法. 该方法具有避免制作自支撑薄靶困难的优点. 最近, 又采取了一些措施来提高该方法测量数据的精度. 首先评述了近年来该领域的一些研究进展, 并通过测量Cr元素在小于26 keV能量范围K壳层电离截面的例子介绍了研究组的实验方法. 同时, 也对8种低Z元素和16种中﹑高Z元素在keV能区的实验数据和理论模型﹑经验公式进行了比较, 并对目前电子原子碰撞K壳层电离截面的实验测量和理论研究的现状及需进一步开展的工作进行了讨论.

关键词: 电子原子碰撞 , K壳层电离截面 , 卢瑟福背散射 , 蒙特卡罗模拟

γ射线和PET用晶体单元相互作用特性的研究

祁辉荣 , 肖国青 , 王金川 , 郭忠言 , 詹文龙 , 徐瑚珊 , 孙志宇 , 李文飞 , 李琛 , 陈志强

原子核物理评论 doi:10.3969/j.issn.1007-4627.2005.01.029

γ射线与晶体单元的相互作用特性对于PET探测器的研制有着重要的参考意义.通过实验测得了不同能量的γ射线在BGO, CsI, NaI 3种闪烁晶体中的探测效率、能量分辨率等相互作用特性参数, 并与蒙特卡洛模拟结果进行了比较.结果给出了最适合PET探测器的晶体单元.

关键词: 闪烁晶体 , PET , 探测效率 , 蒙特卡罗模拟

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