一种刻画纳米晶材料中应力诱导晶粒长大的多尺度本构模型

基本信息
批准号:11402203
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:李建军
学科分类:
依托单位:西北工业大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:曹刚,黄建业,商晶,刘景
关键词:
耦合剪切的晶界迁移纳米晶材料纳米晶粒旋转多尺度本构模型应力诱导晶粒长大
结项摘要

Stress-driven nano-grain growth (NGG) plays a significant role in improving the synergy of strength and ductility in nanocrystalline materials, which provides a new route for fabricating light materials with high strength and ductility. Extensive investigations have shown that there are two main modes of NGG, i.e., shear-coupled migration of grain boundaries and nano-grain rotation. To date the mechanism of shear-coupled migration of grain boundaries has been clarified while that of nano-grain rotation remains unclear due to the difficulty of its occurrence in bi-crystals. In this project, the applicant will try to reveal the mechanism of NGG, based on which a multiscale constitutive model will be developed in order to quantitatively predict the effect of NGG on the mechanical behavior of nanocrystalline materials. First, molecular dynamics (MD) simulations will be conducted to study the mechanism of nano-grain rotation and its coupling with shear-coupled migration of grain boundaries. Secondly, mechanistic models will then be developed to investigate the energy change during the process of NGG and the critical stress that is needed to initiate NGG by applying the theory of defects in solids. Finally, based on the above MD and theoretical results, the phase field micro-elasticity model will be modified to describe the evolving process of stress-driven NGG in mesoscale. The modified phase field model will be then introduced into a macroscale visco-plastic constitutive model to establish a multiscale constitutive model. This model could provide a convenient and feasible theoretical guide for designing nanocrystalline materials with optimal balance between strength and ductility.

应力诱导晶粒长大能有效提高纳米晶材料的强韧综合性能,从而为制备轻质、高强、高韧的材料开辟了一条新的途径。已有研究表明,晶粒在应力诱导下主要有两种长大模式——晶界迁移和晶粒旋转。目前晶界迁移的机理已较为清楚,而晶粒旋转由于较少发生于双晶结构,其机理尚缺乏深入研究。本项目在揭示晶粒长大机理的基础上,旨在构建一种多尺度本构模型,定量表征晶粒长大对纳米晶材料强韧性能的影响。首先,利用分子动力学模拟研究晶粒旋转及其与晶界迁移相耦合的机理;其次,采用固体缺陷理论建立相应的力学模型,考察晶粒长大过程的能量变化及临界驱动应力,进一步阐明应力诱导晶粒长大的机理;最后,在介观尺度建立模拟应力诱导晶粒长大过程的相场微弹性模型,并将该介观模型引入至宏观的粘塑性本构模型中,构建刻画晶粒长大的多尺度本构模型,从而为设计具有最优强韧综合性能的纳米晶材料提供方便可行的理论指导。

项目摘要

应力诱导晶粒长大能有效提高纳米晶材料的强韧综合性能,从而为制备轻质、高强、高韧的材料开辟了一条新的途径。已有研究表明,晶粒在应力诱导下主要有两种长大模式——晶界迁移和晶粒旋转。目前晶界迁移的机理已较为清楚,而晶粒旋转由于较少发生于双晶结构,其机理尚缺乏深入研究。本项目在揭示晶粒长大机理的基础上,旨在构建一种定量的细观力学模型,定量表征晶粒长大两种模式协同耦合作用对纳米晶材料强韧性能的影响。首先,建立基于位错的力学模型研究晶粒旋转及其与晶界迁移相耦合的机理;其次,采用固体缺陷理论研究上述耦合过程对纳米晶材料裂纹钝化及断裂韧性的影响;最后,研究了一种特殊的晶界迁移过程——多层级纳米孪晶结构中第二级孪晶的退孪晶化对材料裂纹钝化的影响,最终为设计具有最优强韧综合性能的纳米晶材料提供方便可行的理论指导。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

基于多模态信息特征融合的犯罪预测算法研究

基于多模态信息特征融合的犯罪预测算法研究

DOI:
发表时间:2018

李建军的其他基金

批准号:11872380
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:31671747
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:61704066
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31170765
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:81672856
批准年份:2016
资助金额:53.00
项目类别:面上项目
批准号:81272164
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:21301040
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61404021
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81172114
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:31570627
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:81870979
批准年份:2018
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:71173246
批准年份:2011
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:50975108
批准年份:2009
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:41405122
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81260218
批准年份:2012
资助金额:48.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31270169
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:51435007
批准年份:2014
资助金额:350.00
项目类别:重点项目
批准号:70303015
批准年份:2003
资助金额:5.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30670861
批准年份:2006
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:91543116
批准年份:2015
资助金额:80.00
项目类别:重大研究计划
批准号:61303052
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51378325
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:59605013
批准年份:1996
资助金额:12.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30871055
批准年份:2008
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:81070171
批准年份:2010
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:31901197
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:29305037
批准年份:1993
资助金额:5.80
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31370799
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:40872005
批准年份:2008
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:81001585
批准年份:2010
资助金额:10.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61871170
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:81460272
批准年份:2014
资助金额:47.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81241121
批准年份:2012
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:30772216
批准年份:2007
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:31070568
批准年份:2010
资助金额:31.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

铝-锂合金材料中受织构影响的晶粒长大的研究

批准号:59101004
批准年份:1991
负责人:赵新兵
学科分类:E0104
资助金额:4.50
项目类别:青年科学基金项目
2

金属晶粒长大动力学的多尺度模拟

批准号:51271089
批准年份:2012
负责人:秦湘阁
学科分类:E0101
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
3

软物质本构理论的多尺度模型

批准号:11372263
批准年份:2013
负责人:张颖
学科分类:A0801
资助金额:88.00
项目类别:面上项目
4

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土多尺度本构关系: 从纳米尺度到宏观尺度

批准号:51478367
批准年份:2014
负责人:徐礼华
学科分类:E08
资助金额:85.00
项目类别:面上项目