题目：断裂和破坏-结合从纳米尺度到宏观连续介质力学尺度的分析和定量计算模拟
报告人：郝苏, 美国 ACII,Inc.创始人；海南大学、广西大学特聘教授
时间：2024年10月11日（周五）下午3:30-5:30
地点： 力学所314会议室
Abstract: 提高所需要物理特性和承载能力是材料科学工作者和结构工程师永恒的追求。我们熟知材料的破坏是原子之间键接被打破的过程，但对于同样原子构成的金属材料，添加微量合金元素，通过不同的冶炼和热处理过程，可以产生不同的第二相化合物和固溶晶体结构，变化晶粒尺度和晶间结合力等细观结构，展现完全不同的宏观物理性质。这一以选择基本元素和合金元素为基础，设计对应的处理过程，形成特定微观和细观材料结构，达到所需性质的过程，是现代工程材料设计开发的基本流程。在这类研发过程中，一个关键是准确描述材料从微观到细观材料结构的本构关系，即在不同尺度下力和材料结构响应的定量描述。对此力学工作者有一定得天独厚的较深入理解。但应当注意的是在纳米尺度下原子的电子结构决定结合力。因此对应的多尺度单元模型，在对应的尺度选择适当的物理模型，是得到这一类问题定量描述的有效手段。
对钢材来讲，强度和韧性是结构高承载能力的两个要素。但这两者经常难以同时匹配；即较高强度的钢种一般断裂韧性较低。以设计在准静态条件下实现高强度和高韧性目标的低合金高强度钢为例，介绍报告人参与开发的一种结合多种物理场的多尺度计算模型。该方法以位错动力学为基础，将连续介质力学与量子物理学相结合，利用第一性原理计算来预测晶体塑性滑滑移和晶格与第二相粒子界面分离的定律。在细观（亚微观）尺度利用单元模型计算剪切带形成和空穴扩展的规律，由此建立可以描述裂纹扩展多层次和计算断裂韧性的本构模型。在动态载荷条件下，一个固体材料所受外力表达为入射波，其中一个材料单元所受的力是外力入射波和其在固体内部的反射波。由于固体中的微小缺陷有会造成弹性波的相互反射，因此在材料出现局部应变集中之前每个微小材料单元的状态不但取决于外载入射应力波所造成与时序相关的简单边界条件，同时也受到这些单元之间应力波相互反射的干扰。 因此，在静态和准静态条件下常用的单元模型不在适用。为解决这一问题，介绍报告人近期研究的两个重点：（i）基于上限解的速率和温度相关塑性材料的单元模型。（ii）弹性波在均匀分布空穴或微裂纹类损伤材料中的传播干扰解析解。基于作者之前的工作[1-3]，借鉴弹塑性工程断裂力学中杜格但尔模型类用叠加原理求解的方法，本研究以共轭原理为基础发展了一类解决含损伤缺陷弹性平板动力学问题的拉姆波场综合解析方法。这些损伤缺陷包括表面腐蚀坑，板内空穴，和裂纹等。虽然在应用中对给定材料和缺陷尺寸的具体问题都可以用有限元类数值方法得到结果，但本研究的解析解可能为工程实践提供有较普遍意义的启示。例如，建立在冲击载荷下考虑各项异性损伤的应变率相关材料的本构关系，为结构动载下破坏的多尺度模型数值模拟提供依据。
个人简介: 浙江大学博士、清华大学博士后（导师：黄克智院士、杨卫院士、余寿文教授），德国核能核船研究中心（GKSS）客座科学家，法国巴黎中央理工（Ecole Centrale de Paris）访问研究教授，美国西北大学理论与计算力学中心/新材料中心高级副研究员，广西大学、海南大学特聘教授。2005在美国创办ACII,Inc.(创新咨询)。作为第1作者发表30篇SCI收录杂志文章；16篇CPCI文章。目前有1项已授权美国发明专利，8项中国发明专利，6项PCT（国际智产优先权）；1项授权中国实用新型专利；12项在审查中国和美国发明专利。曾获得德国汉堡科技促进会，欧洲结构完整性研究学会，美国结构工程师学会伊利诺伊州（芝加哥）分会等6专业学会奖。中国机械工业部科技进步一等奖获奖团队成员，2019年北京市人社局创业创新项目优胜奖。
联系人：杨庆成（qyang@shu.edu.cn）
