《微米量級金屬纖維扭轉實驗技術及儀器化》是依託華中科技大學，由何玉明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微米量級金屬纖維扭轉實驗技術及儀器化
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：何玉明
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
微米量級超細金屬纖維新材料具有輕質、導電、導熱和高強度等特殊性質，在特種紡織、航空航天、環保過濾、造紙和冶金等領域將會得到越來越廣泛的套用。針對微米量級金屬纖維材料的細觀力學性能測試及其尺度效應實驗研究的迫切需求，本項目擬通過套用光學微位移測量、精密儀器設計、Labview虛擬儀器測控等方面的技術研製一台金屬纖維微扭轉實驗系統樣機，並對單晶金屬纖維的微扭轉尺度效應進行研究。項目重點研究工作是研製靈敏度可達0.1uNcm的微扭矩感測器，可自動測量10～100微米金屬纖維的微扭轉性能。課題組曾成功開發了拉力靈敏度超過1mN的纖維微拉伸實驗自動分析系統，並開展了金屬纖維的細觀力學性能實驗。對微扭轉的實驗工作也進行了初步探索，獲得了一些有意義的實驗數據，為本項目的研究工作奠定了堅實的基礎。由於金屬纖維的微扭轉實驗難度較大，國內外還沒有商用儀器，因此項目的成果有望填補國內外在這方面的研究空白。
結題摘要
本項目成功研製了國內第一台超細金屬纖維全自動單向微扭轉力學性能實驗儀器，填補了國內外在金屬纖維微扭轉力學實驗系統的空白。該實驗儀器的技術指標達到和超過了研究項目所設計的目標。基於扭秤的靜態工作原理，開發出一套分辨力在nNm量級，量程為±6000μNcm的微扭矩感測器。該儀器具有高精度、高靈敏度和寬量程的特點，可以自動測量10-100μm直徑金屬絲的扭轉力學性能。針對微扭矩感測器的標定問題，首次提出了一種原位扭轉振動標定方案，解決了微扭轉實驗裝置的標定難題。開發了數據採集與控制模組，並基於LabVIEW編寫了纖維扭轉測試系統軟體，完成了儀器控制櫃和整台裝置的設計、加工和集成。在實驗研究方面，我們對18-105μm直徑範圍的多晶銅絲和金絲進行了單調扭轉和單軸拉伸測試，結果表明，多晶絲扭轉變形的初始屈服和塑性流動階段都具有尺度效應，而其拉伸變形並無明顯的尺度依賴性。所獲得的實驗數據在精度和穩定性等方面都處於國際領先水平。國際期刊Physical Review Letters, International Journal of Plasticity 和 Scripta Materialia的評審專家對我們的實驗研究成果給予了高的評價，認為實驗結果具有高的精度和可重複性，並肯定了我們在微尺度材料“尺度效應”方面的研究成果。在理論研究方面，我們基於位錯塞積模型提出了一種新的應力梯度塑性理論，成功解釋了實驗中觀察到的尺度效應現象。在數值模擬研究方面，基於偶應力理論和應變梯度理論，對微尺度單元(微梁、微板等)的靜動態力學行為進行了研究。本項目在學術研究與智慧財產權方面取得了突出的成績，在SCI檢索期刊上發表論文9篇、國內期刊論文1篇、國際會議論文1篇、國內會議交流13人次，獲發明專利2項，實用新型專利1項。通過本項目的研究，課題組取得了國際領先的研究成果，建立了富有特色的纖維材料單向微扭轉實驗研究平台，為進一步研究和揭示材料的“尺度效應”等力學現象奠定了堅實基礎。
