课题基金 / 基金详情

Cu/Nb复合材料塑性行为及内在位错机理研究

批准号:
12072123
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
黄敏生
依托单位:
学科分类:
微纳力学与多尺度力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄敏生

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
由于兼具优异的力学和电学性能,铜/铌微复合材料在脉冲强磁场磁体绕组线圈、核辐照环境和武器装甲领域都有着广泛的应用。其突出的综合性能来源于其独特的多层级多尺度微结构和多类型界面形式。本项目以该材料在不同应变率和不同温度条件下塑性响应、应变率敏感性及其内在位错机理为核心问题;以“多层级材料微结构”—“位错微结构”—“多类型界面形式”—“多变形机制(跨机制)” —“铜/铌复合材料循环行为和率敏感相关性”之间的相互关联为切入点;以宏细观实验验证和多尺度模拟为手段;首先,探讨铜/铌微复合材料不同各层级微结构下各自独立的应力/应变响应、尺度效应和不同内在位错机理;其次,基于分层均匀化方法升尺度地研究多层级材料/位错微结构和多类型界面对该材料总体塑性行为的影响;最后,深入揭示加载条件、环境温度及其它外部条件(如辐照)的作用,为铜/铌复合材料强度安全分析、寿命评估及其进一步优化设计提供理论基础和技术。
英文摘要
Due to its excellent mechanical and electrical properties, the Cu/Nb microcomposite has been widely used in pulsed strong magnet winding coil, nuclear environment and armor of defense field. Its extraordinary behaviors come from its special hierarchical microstructure and intrinsic multi-interfaces. In this project, we focus on the plastic behaviors of this composite under different loading rates and temperatures, trying to clear the relations between hierarchical material microstructures, complex dislocation microstructures, multiple kinds of interfaces, multiple deformation mechanisms and plastic responses of this material. By microscopic and macroscopic experiments and multi-scale modeling, the mechanical responses of different microstructures at different size scales, size effect and their different dislocation mechanisms are investigated first. Then, basing on the mean-field analytical methods, the overall plastic response of this microcomposite and its dependency on hierarchical material and dislocation structures are studied systematically. Finally, the influence of loading condition, environmental temperature and other conditions (such as irradiation) on the plastic behaviors is taken into account carefully. All these works tend to provide scientific and technical supports for the mechanical analysis and further optimized design of Cu/Nb microcomposites
由于兼具优异的力学和电学性能,铜/铌微复合材料在脉冲强磁场磁体绕组线圈、核辐照环境和武器装甲领域都有着广泛的应用。本课题以“多层级材料微结构”—“位错微结构”—“多类型界面形式”—“多变形机制(跨机制)” —“铜/铌复合材料力学行为”之间的相互关联为研究出发点,从理论分析、材料制备、实验测试、分子动力学建模和计算、离散位错动力学方法开发和模拟、晶体塑性本构建模-有限元编程-模拟等方面开展工作,对Cu/Nb等富含两相界面和非均质微结构的金属复合材料的变形模式(z整体失稳和扭结等)、强化机理、塑性损伤响应以及定量模型表征进行了较为系统的研究,设计和制备了不同组分和结构的多层金属复合材料,通过实验发现了该类材料新的变形模型并揭示了其内在的力学机理,发展了能够考虑金属复合材料非均质微结构和三维复杂应力状态影响的分子动力学模拟方法,开发了基于扩展有限元XFEM/快速傅里叶变换FFT/近场动力学PD的能反映金属多层材料界面效应的离散位错动力学高效算法,编制了相应的MPI并行离散位错动力学DDD程序,揭示了多层金属复合材料尺度效应、温度效应、加载率效应及其内在离散位错机理,建立了能考虑非施密特效应的非均质金属复合材料晶体塑性本构模型,编制了相应的有限元软件,深刻解释了该类材料屈服面和损伤失效的细观机理,为该类金属复合材料的设计和力学定量表征提供了理论和方法支持。综上,本课题按照计划在实验测试、理论分析、多尺度算法软件开发及模拟、晶体塑性本构模型建立和程序开发各方面开展工作,取得了较好的研究进展。
辐照弥散氧化物增强钢塑性变形和断裂的细观机理及多尺度模拟
  • 批准号:
    11572136
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    黄敏生
  • 依托单位:
循环载荷下单晶高温合金变形和裂纹形核扩展的位错机理研究
  • 批准号:
    11272128
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    86.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    黄敏生
  • 依托单位:
颗粒增强金属基复合材料循环塑性的微尺度效应及其位错机制
  • 批准号:
    10702021
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    黄敏生
  • 依托单位:
国内基金
海外基金