《固體電解質在多場耦合作用下的宏微觀破壞模型》是依託哈爾濱工業大學，由孫毅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：固體電解質在多場耦合作用下的宏微觀破壞模型
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫毅
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬將宏微觀相結合，分別採用連續統熱力學和分子動力學方法對典型固體電解質內氧離子空位缺陷的分布、演化進行系統的研究，探討在力場與電化學場耦合作用下固體電解質變形行為的本構方程，分析在給定耦合場作用下其損傷演化與斷裂的機制，並初步建立起在給定工作條件下的破壞模型與準則
結題摘要
本項目採用宏微觀理論與多尺度分析方法，對固體電解質在力-電化學場耦合作用下的力學行為與損傷斷裂特性進行了系統研究。提出了基於晶格反演法及量子化學理論的離子晶體勢函式求取方法，並給出了適用於多場耦合作用分析的固體電解質GDC分子力場勢函式。和傳統的經驗勢函式求取方法相比，具有不依靠實驗數據、精度高、適用範圍廣等突出優點，為本項目的研究奠定了基礎。同時還提出了一系列改進的分子動力學計算方法。 在此基礎上，系統研究了缺陷與摻雜濃度對GDC變形與強度特性的影響。首次提出了低摻雜濃度GDC的預相變機制，並給出了CeO2塊體馬氏體相變的金紅石孿晶結構。結合缺陷濃度對GDC相變過程的影響分析，成功解釋了GDC拉伸強度隨摻雜濃度的增加而呈現的降低—增加—再降低的反常現象，為燃料電池中固體電解質膜的強度設計提供了重要參考依據。 針對固體電解質力-電化學場耦合作用工作環境的特點，系統研究了非化學計量氧空位濃度差對電解質力學特性的影響，在前期工作的基礎上完善了應力誘導擴散勢函式的表達形式，拓展了應力場-電化學場耦合理論的適用範圍。結合GDC膜內裂紋擴展的多尺度分析，深入研究了力-電化學場耦合作用對材料斷裂行為的重要影響，發現這一影響不能僅包含化學內應力場對應力強度因子的影響，還需考慮裂紋尖端局部應力場誘導作用對材料斷裂韌性的影響。
