| 纳米结构金属力学行为尺度效应的微观机理研究 | |
武晓雷
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| 2013-12-27 | |
| Abstract | 本项目属固体力学的研究领域。纳米结构金属具有高强高韧等宏观力学性能和力学性能的尺度效应。研究该材料力学行为尺度效应的微观机理，从根本上揭示出其高强高韧等力学行为的物理本质具有重要的科学意义。成果包括：从精细的静、动态实验观测和分子动力学（MD）研究出发，揭示出纳米结构金属的微结构形成、演化和交互作用等系列新规律以及它们对宏观强韧性能的影响机制。本课题组在此方向取得了具有原创性和引领性的成果，得到了国内外同行的广泛承认和高度评价。 （1）通过对多晶铝和钴进行表面纳米化并对纳米化后的材料进行精细拉伸实验，首次观测出孪晶和偏位错沿晶界的形成过程及其与晶界的交互作用机制，阐明了该材料的总体增强和增韧机理。该成果为系统掌握纳米结构金属的尺度效应规律、建立跨尺度力学理论提供了实验基础，受到学术界广泛关注，两篇代表性论文被他人SCI引用200多次，其中包括德国著名学者、欧洲科学院院士Fecht教授的重点引用。 （2）首次通过准静态拉伸和动态冷轧实验的比对观测证实了纳米晶镍存在起源于晶界的孪晶和偏位错，以往人们只是在MD模拟时才能观察到此现象；进而结合系统的MD研究得出结论：孪晶及偏位错机制起源于晶界。成果对孪晶与偏位错机制在纳米晶金属强韧化中的主导作用提供了有力证据。受到学术界的广泛引用和高度评价，其中包括国际知名学者Gleiter (欧洲科学院、德国科学院、美国工程院外籍三院院士)、美国工程院院士高华健教授、中科院院士张泽教授等的重点引用。 （3）对纳米晶镍系统地开展了拉伸、冲击和冷轧等静、动态力学性能的比对实验，首次发现晶粒发生孪晶变形的反尺寸效应；首次发现冷轧引起的加工硬化是由偏位错与孪晶界交互作用所主导的。成果对于深入揭示该材料力学性能的反Hall-Petch行为和加工硬化的微观机理提供了重要证据。受到学术界的广泛引用和高度评价，其中包括美国工程院院士Weertman和Suresh、中科院院士卢柯等。 （4）对纳米晶、纳米孪晶以及结构纳米线的力学行为开展了系统的MD研究。首次揭示出孪晶与偏位错的生成和演化机制以及与表面、晶界、孪晶界的交互作用机制；首次获得了均匀拉伸下五重孪晶的生成机制；建立了孪晶和偏位错生成及演化引起材料总体强化的力学机制。成果对建立孪晶与偏位错机制在纳米晶金属强韧化中的主导作用提供了微观物理基础。受到学术界的广泛引用和高度评价，其中包括美国科学院、工程院两院院士Hirth、法国工程院院士吕坚以及中国工程院院士崔俊芝等的重点引用。 此项成果在纳米结构金属的力学行为尺度效应微观机理研究领域产生了重要国际影响并引发了大量的后续研究, 对该领域的发展起了实质性推动作用。项目执行过程中发表的20 篇核心论文，共被SCI刊物引用875次,他人引用729次；其中8篇代表论文共被SCI刊物引用494次,他人引用420次。在引用者中，有14位欧、美国家及我国的院士。 |
| Keyword | 纳米结构材料, 力学性能, 尺度效应, 微观机理, 分子动力学模拟 |
| Language | 中文 |
| Document Type | 科技报告 |
| Identifier | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/90551 |
| Collection | 非线性力学国家重点实验室 |
| Affiliation | 中国科学院力学研究所 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 武晓雷. 纳米结构金属力学行为尺度效应的微观机理研究,2013. |
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