《廣義位錯與納米顯微結構溫度依賴相互作用機理研究》是依託湖南大學，由劉又文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：廣義位錯與納米顯微結構溫度依賴相互作用機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉又文
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高溫環境下納米結構材料中廣義位錯（含向錯、扭錯）與納米顯微結構（夾雜、裂紋、界面等）的互動作用受到尺度效應與溫度效應的強烈影響，綜合研究其相互作用機理，對於全面揭示該類材料的強韌化機理和破壞機制具有重要理論意義和科學價值。本項目採用理論分析與實驗觀測有機結合的方式，建立綜合考慮位錯、擴散與尺度效應的連續介質力學模型，研究各類構型位錯與納米尺度複雜裂紋/夾雜溫度依賴和尺度依賴互動作用的應力場（含擴散應力）、能量場、位錯力、化學力、無位錯區、裂尖塑性區和張開位移、位錯禁止效應、位錯發射臨界條件、裂紋擴展臨界條件和材料臨界切應力等物理量和物理現象；進一步研究各種納米顯微結構參量以及環境條件（溫度和力）與材料高溫強韌度之間的定量關聯。研究位錯在裂尖和界面附近的平衡穩定性和位錯運動帶來的顯微結構演變趨勢及其與材料高溫斷裂韌性與強韌度的關係。為高溫材料的納米顯微結構設計、加工和破壞預防提供科學依據。
結題摘要
高溫環境下納米結構材料中廣義位錯（含向錯、扭錯）與納米顯微結構（夾雜、裂紋、界面等）的互動作用受到尺度效應與溫度效應的強烈影響，綜合研究其相互作用機理，對於全面揭示該類材料的強韌化機理和破壞機制具有重要理論意義和科學價值。本項目採用理論分析與實驗觀測有機結合的方式，建立綜合考慮位錯、擴散與尺度效應的連續介質力學模型，研究了各類構型位錯與納米尺度複雜裂紋/夾雜溫度依賴和尺度依賴互動作用的應力場（含擴散應力）、能量場、位錯力、化學力、無位錯區、裂尖塑性區和張開位移、位錯禁止效應、位錯發射臨界條件、裂紋擴展臨界條件和材料臨界切應力等物理量和物理現象；研究了各種納米顯微結構參量以及環境條件（溫度和力）與材料高溫強韌度之間的定量關聯。重要的研究成果如下，(1)建立了化學力驅動下擴展位錯攀移協助高溫蠕變機制，基於化學應力效應研究了在薄板中位錯和高溫蠕變之間的關係，求解出擴展割階束集的臨界應力及對蠕變速率的影響的精確表達式。結果表明，隨著堆垛層錯能（SFE）減少擴展割階束集的臨界濃度（化學應力）隨之增加。但隨SFE、角度（伯格斯矢量與位錯線）和 擴散原子濃度的增加，蠕變更容易發生。(2) 研究了半平面表面附近集中力、點熱源、裂紋與刃型位錯之間的干涉作用。計算出邊緣裂紋尖端的應力強度因子和作用在刃型位錯的位錯力。詳細研究了集中力、點熱源和刃型位錯對裂紋的禁止與反禁止作用以及作用於刃型位錯的滑移力與攀移力的影響規律。同時，研究了半無限平面中位錯與納米尺度夾雜的互動作用，揭示了納米尺度夾雜和表面對位錯平衡位置的耦合影響規律。(3) 基於理論模型研究了在恆流或恆電勢鋰離子嵌入嵌出擴散誘發應力與位錯誘發應力的耦合作用對圓柱鋰電池電極內的裂紋形核和擴展的影響。上述研究成果為高溫材料的納米顯微結構設計、加工和破壞預防提供了科學依據。
