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科学研究

夏热课题组在力-结构学领域发表系列研究成果

分类:院内新闻 作者: 香港正版马会精选资料大全 时间:2023-12-27 访问量:

       我院夏热课题组关于先进材料与结构设计、力学行为分析测试和理论研究的多项成果发表在相关领域权威期刊上。

       机械系博士生张宇航以第一作者身份分别在《Materials & Design》和《International Journal of Mechanical Sciences》(均为1区TOP)发表了题为“Ligament rotation-dominated creep in stochastic bicontinuous nanoporous metallic glass”和“Nanoindentation and nanotribology behaviors of open-cell metallic glass nanofoams”的研究论文,夏热副教授为通讯作者,香港正版马会精选资料大全为第一单位。针对新型非晶纳米多孔金属的疲劳、蠕变和摩擦学特性,开展原子尺度下的力学机理分析。首次揭示了多孔材料中由随机网格弯曲主导而非原子扩散引起的宏观蠕变行为,基于广义Kelvin模型和Kohlrausch-Williams-Watts模型导出蠕变过程的本征关系,提出结构参数-蠕变行为关联规律,从材料和结构角度诠释了蠕变响应随固相分数、孔棱尺寸、孔棱形貌和静态应力的变化特征,及疲劳-蠕变耦合响应机理。针对多种工况下多孔金属的摩擦学性能,实现了摩擦力、摩擦系数、磨损量和磨削热随结构参数的量化表达、以及摩擦时无材料堆积和磨损碎片产生,显著减小并稳定摩擦力、降低磨削热,从而获得光滑的摩擦表面。相关研究提供了一套完全不同于传统晶态多孔金属的研究思路和分析方法,为定制轻量化力学结构的机械性能提供了理论指引。


图1:新型纳米多孔非晶金属的疲劳、蠕变、摩擦磨损和压痕特性研究


       博士生胡轶群以第一作者身份分别在《Journal of Materials Science & Technology》、《Composite Structures》、《Journal of Materials Research & Technology》(均为1区TOP)发表了题为"Fracture characteristics in micron molybdenum wires under cyclic torsion loading?"、"Revealing the toughening mechanisms in graphene/tungsten nanocomposites with hierarchical nacre-like structures"、"Anisotropic orientation dependent shock wave responses of monocrystalline molybdenum"的研究论文,夏热副教授为通讯作者,香港正版马会精选资料大全为第一单位。基于微米Mo丝循环扭转实验,获取了加载速率、应变幅值对其扭转疲劳力学行为的影响规律,明确了不同加载模式(单调、对称和非对称循环扭转)下材料的变形和断裂微观特征。基于石墨烯/钨(Gr/W)纳米复合方式,采用分层仿珍珠结构,显著提升纳米尺度难熔金属的拉伸韧性,并详细阐述了 Gr/W 纳米复合材料的机械性能、增韧机理以及微观结构演变过程。构建了单晶钼(Mo) 在高应变加载条件下的冲击响应与晶体取向的内在联系,深入解析冲击载荷下的纳米尺度难熔金属的热力学性能、力学行为与结构演化,为微纳尺度难熔金属的机械性能设计与应用提供了理论参考。


图2:微纳尺度钨/钼力学行为的仿真与实验研究


       博士生丁苏杭针对不完全粘结界面粘弹性层状材料接触行为的理论研究发表在《Applied Mathematical Modelling》上,题为“A semi-analytical solution to incipient sliding contact on viscoelastic layer-elastic substrate with imperfectly bonded interface”。该研究提出了求解不完全粘结界面的粘弹性层状材料的接触行为的半解析方法。基于频域下的Papkovich-Neuber位移势函数计算影响系数,将弹性解中的弹性常数替换为蠕变函数以涵盖粘弹性层的时间依赖性。使用离散卷积-快速傅里叶变换获取外部载荷引起的位移和应力,利用共轭梯度法计算层状材料的表面压力和内应力分布。通过对时间、松弛时间、松弛模量、刚度系数、涂层厚度和摩擦系数的参数化研究,分析了力学参数对接触行为的影响。该研究揭示了粘弹性层状材料的接触力学行为,为涂层材料的开发和设计提供了高效的参数化研究方法。


图3:粘弹性涂层摩擦力学行为的理论模型构建


原文链接:

《Materials & Design》原文链接:https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112480

《International Journal of Mechanical Sciences》原文链接:https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2023.108254

《Composite Structures》原文链接:https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117322

《Journal of Materials Research and Technology》原文链接:https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.05.245

《Applied Mathematical Modelling》原文链接:https://doi.org/10.1016/j.apm.2023.08.033