《金屬細觀疲勞損傷的跨尺度實驗表征與機理研究》是依託湖南大學，由王曉鋼擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：金屬細觀疲勞損傷的跨尺度實驗表征與機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王曉鋼
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
金屬疲勞失效是涉及宏細微多個物理層次的跨尺度損傷演化過程，多尺度方法的引入有力地推動了基於物理機制的疲勞模型的建立，然而目前仍存在跨尺度關聯力學理論尚不完善，缺乏有效的跨尺度實驗表征方法等不足，制約了多尺度疲勞研究的發展。本項目將基於先進的數字圖像相關方法，針對金屬疲勞在細觀層次的非均勻變形特徵，通過全場應變測量與表面微觀結構在不同空間尺度的耦合，形成一套從亞晶到多晶的跨尺度實驗表征方法，並將該方法直接用於疲勞微裂紋的形核機理研究中。主要研究一種多物理參量跨尺度耦合測量方法及建立考慮跨尺度微結構特徵的數字圖像相關方法，並在此基礎上對非均勻變形模式與微裂紋形核之間的關在線上制展開理論與實驗研究。本項目的完成將為金屬疲勞的研究提供一種在介觀尺度上的解決思路，有助於改進現有多尺度疲勞模型的定量表征精度，同時將為跨尺度關聯力學的發展提供一種有效的實驗表征方法，有望用於工程材料與結構的疲勞設計中。
結題摘要
疲勞失效是影響機械裝備與結構的使用安全性與經濟性的重要因素，隨著現代工業模式日益向著高速、高頻、複雜工況和極端環境的方向發展，疲勞問題也變得越來越突出。材料與結構的疲勞失效是涉及宏細微多個物理層次的跨尺度損傷演化過程，多尺度方法的引入有力地推動了基於物理機制的疲勞模型的建立。然而目前仍存在跨尺度關聯力學理論尚不完善、缺乏有效的跨尺度實驗表征方法等不足。本項目針對上述關鍵技術難點，緊密圍繞項目預定研究內容和目標，按照時間表有計畫、有系統地展開研究，較好地完成了各階段各項預定研究內容和指標，並在若干方面進行了拓展性研究與科學探索。主要在建立多物理參量跨尺度耦合測量方法，考慮跨尺度微結構特徵的數字圖像相關方法，以及微尺度非均勻變形與材料疲勞損傷之間的關在線上制三個方面取得了較好的進展。本項目基於先進的微觀數字圖像相關方法，通過全場應變與微觀結構在不同尺度的耦合，建立了一套從亞晶到多晶的跨尺度實驗表征方法，並將該方法用於研究應變局部化效應、非均勻變形模式與疲勞微裂紋形核之間的關在線上制等關鍵科學問題。本項目研究成果經過進一步深化和拓展後，未來有望套用於工程材料與結構的多尺度疲勞分析中，為疲勞裂紋萌生與擴展的多尺度損傷機理研究提供強有力的理論基礎與技術支持。項目執行期間，共發表學術論文9篇，其中SCI收錄7篇。以第一作者或通訊作者身份發表學術論文8篇。論文發表在本領域的一系列重要學術刊物上，如《International Journal of Fatigue》（國際疲勞領域頂級期刊，IF = 3.673，4篇）、《Materials Science and Engineering: A》（金屬材料領域重要期刊，IF = 4.081，2篇）、《Optics and Lasers in Engineering》（光測力學領域旗艦期刊，IF =4.059，1篇）等。此外，申請或授權國家發明專利6項，軟體著作權3項。
