梯度纳米晶粒/孪晶材料的本构建模及微结构优化设计

基本信息
批准号:11672251
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:张旭
学科分类:
依托单位:西南交通大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:范海冬,赵君文,包陈,赵建锋,陈义甫,王冰,陆晓翀,魏德安,陆宋江
关键词:
位错多尺度模型梯度纳米晶粒/孪晶材料应变梯度晶体塑性界面
结项摘要

The conflict relationship between strength and ductility has seriously restricted the engineering application of materials. The gradient nanograined / nanotwinned materials exhibit an excellent combination of strength and ductility through the introduction of twin boundaries and gradient sub-structures. However, comparing to the rapid progress in material processing techniques, characterization and performance test, successful constitutive models are still missing up to now. Meanwhile, no general rules are available for guiding the design scheme of such materials, which are still investigated generally according to the trial-and-error method. Considering the lack of both “constitutive model” and “microstructure optimization” for gradient nanograined / nanotwinned materials, the goal of this project is to establish a strain gradient crystal plasticity model and the corresponding finite element implementation framework, which can reflect the anisotropy, heterogeneity and multi-scale feature of the gradient nanograined / nanotwinned materials, and to explore the proper microstructure manipulations to optimize the macroscopic mechanical properties, which is based on the connection between microstructure and macroscopic mechanical responses of gradient nanograined / nanotwinned materials. Such goal can be accomplished through the “bottom to up” multi-scale modelling method, where the construction of constitutive model is based on the dynamic evolution of microstructure using discrete dislocation dynamic simulation. Research activities and the achievements of this project will not only enrich the multi-scale constitutive descriptions, but also serve as the theoretical reference in the microstructure design, property optimization and engineering application for gradient nanograined / nanotwinned materials. All these will certainly have important scientific significances and provide more opportunities for engineering applications.

材料强度-韧性的“倒置”关系是制约其工程应用的主要瓶颈。梯度纳米晶粒/孪晶材料通过孪晶界和微结构梯度构筑实现了强韧兼顾。但是,梯度纳米晶粒/孪晶材料“本构理论”的发展严重滞后于材料的制备、表征和性能测试,材料“微结构设计”仍以试凑法为主。本项目针对梯度纳米晶粒/孪晶材料“本构关系”和“微结构优化设计”研究方面的不足,旨在通过“自下而上”的多尺度本构建模方法,基于离散位错动力学模拟揭示材料微结构动态演化,建立综合反映梯度纳米晶粒/孪晶材料各向异性、非均匀性、多尺度特征的应变梯度晶体塑性本构理论及其有限元实现框架,进而揭示材料微结构与宏观力学行为关联,并在此基础上探索梯度纳米晶粒/孪晶材料的微结构调控,以提高其力学性能。本项目研究不仅有助于丰富材料本构理论的多尺度描述,还可以为高性能梯度纳米晶粒/孪晶材料的微结构调控、性能优化和工程服役提供理论参考,具有重要的科学意义和广阔的工程应用前景。

项目摘要

材料强度-韧性的“倒置”关系是制约其工程应用的主要瓶颈。梯度纳米晶粒/孪晶材料通过孪晶界和微结构梯度构筑实现了强韧兼顾。本项目从微结构尺度到宏观尺度的层层递进,采用多尺度模拟的手段,并结合宏观力学性能测试和微结构表征,深入研究了梯度结构材料的宏微观力学行为。在微米尺度,基于离散位错动力学模拟揭示了晶界/孪晶界对材料力学行为的影响。在细观尺度,建立了综合反梯度纳米晶粒/孪晶材料各向异性、非均匀性、多尺度特征的塑性本构理论及其有限元实现框架,进而揭示材料微结构与宏观力学行为关联,并在此基础上探索梯度纳米结构材料的微结构调控和力学性能提升。在项目执行期,共发表论文20篇,培养博士毕业生1名,硕士毕业生2名。本项目取得的研究成果丰富了材料力学行为的多尺度描述,为高性能梯度纳米晶粒/孪晶材料的微结构调控、性能优化和工程服役提供了理论参考,具有重要的科学意义和广阔的工程应用前景。

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

张旭的其他基金

批准号:81770790
批准年份:2017
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:10831007
批准年份:2008
资助金额:120.00
项目类别:重点项目
批准号:21606063
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41601163
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40572141
批准年份:2005
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:21878083
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:61076023
批准年份:2010
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:81000078
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51708093
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:81200817
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61902178
批准年份:2019
资助金额:34.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81271425
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:21502100
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40172083
批准年份:2001
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:20706016
批准年份:2007
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30300464
批准年份:2003
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51075036
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:31630033
批准年份:2016
资助金额:291.00
项目类别:重点项目
批准号:11072226
批准年份:2010
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:21207104
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81260148
批准年份:2012
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31870947
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:61504122
批准年份:2015
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41505087
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50578113
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:50903027
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51802009
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11602225
批准年份:2016
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11301051
批准年份:2013
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51678418
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:31301895
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:61771444
批准年份:2017
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:51575332
批准年份:2015
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:30972982
批准年份:2009
资助金额:37.00
项目类别:面上项目
批准号:81571016
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:61474107
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:31201201
批准年份:2012
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31130066
批准年份:2011
资助金额:300.00
项目类别:重点项目
批准号:51171028
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:50141022
批准年份:2001
资助金额:5.00
项目类别:专项基金项目
批准号:21302197
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:59278329
批准年份:1992
资助金额:4.00
项目类别:面上项目
批准号:51573038
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:61701504
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:11872321
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:61471208
批准年份:2014
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:30571858
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:10371084
批准年份:2003
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:19901024
批准年份:1999
资助金额:4.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10975020
批准年份:2009
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:51907195
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:51805369
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81572878
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:31200266
批准年份:2012
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71903097
批准年份:2019
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11202172
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61401421
批准年份:2014
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11231007
批准年份:2012
资助金额:220.00
项目类别:重点项目
批准号:30630029
批准年份:2006
资助金额:170.00
项目类别:重点项目
批准号:21477091
批准年份:2014
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:11901537
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30471737
批准年份:2004
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:51205246
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11701328
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30400090
批准年份:2004
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60974035
批准年份:2009
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:81860170
批准年份:2018
资助金额:35.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:50878114
批准年份:2008
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:11701471
批准年份:2017
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39500045
批准年份:1995
资助金额:9.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51205244
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61101018
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51807052
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51877079
批准年份:2018
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:71702144
批准年份:2017
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

高应变率下纳米孪晶材料宏微观塑性本构理论与实验研究

批准号:11272286
批准年份:2012
负责人:高重阳
学科分类:A1202
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
2

典型高性能纳米孪晶硬质陶瓷的微结构设计与性能优化

批准号:11802045
批准年份:2018
负责人:付涛
学科分类:A0805
资助金额:29.00
项目类别:青年科学基金项目
3

梯度序构纳米孪晶与析出相合金强韧化机制研究

批准号:91963110
批准年份:2019
负责人:陶乃镕
学科分类:E0106
资助金额:60.00
项目类别:重大研究计划
4

梯度孪晶镁合金的微结构演化及晶体塑性理论分析

批准号:11802013
批准年份:2018
负责人:刘垚
学科分类:A0801
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目