研究领域

 研究领域: 1. 复合材料与结构力学;2. 塑性变形与本构理论

                       3. 微纳米材料与结构强度;4计算材料力学(第一原理计算与分子动力学模拟);

                       5.  结构强度与安全性评定;6. 断裂力学与油气压裂力学;
                                         (标为紫色部分为近年来的工作重点) 
主要研究方向:
 
1. 基础研究部分:
      1.1 微纳米力学:微纳米材料与结构中的强度问题
    1.2 计算材料力学:量子力学第一原理计算、分子动力学模拟、离散位错动力学模拟、有限元分析等
    1.3 金属塑性变形行为:金属材料的塑性行为与本构模型研究
    1.4 微小材料塑性变形行为:微纳米特征尺寸单晶金属的塑性行为
    1.5 油气压裂力学:石油、天然气钻采工程中的力学问题
    1.6 涂层力学:热障涂层力学性能的试验测试与计算研究
    1.7 薄膜力学:功能薄膜力学性能的试验测试与表征分析
    1.8  复合材料结构力学特性(刚度、强度、湿热变形、粘弹性/蠕变/应力松弛行为等)
2. 应用研究
    2.1 航天航空结构强度:复合材料力学分析、复合材料结构蠕变特性、强度与失效分析等;
    2.2 机械结构强度与安全性评定:结构应力测试与计算分析、失效评定、安全性校核与评估、使用寿命评定;
    2.3 电站金属材料与部件强度:金属材料的强度特性、电站重要部件及其焊接结构强度、使用状态与寿命分析等;
    2.4 石油机械部件强度:应力分析、断裂分析等;
    2.5 石油天然气压裂技术:砂岩/页岩水力压裂技术;

    2.6 通信与电子器件中的力学问题:铝合金部件的塑性变形行为、蠕变特性、连接结构的力学特性;

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 基础研究部分:

1. 研究背景:

1)薄膜力学(2005
  
微电子器件和微纳机械电子系统(MEMS/NEMS)中使用的各类薄膜、管/线、岛/点状材料与结构的强度问题,包括界面强度、疲劳、蠕变、断裂等。这些微小材料与结构的特征尺寸处于微纳米量级,相关的实验测试与数值模拟研究极具挑战性。

2)涂层力学(2007~)
   
热障涂层材料(Thermal Barrier Coatings, 缩写TBC)表面防护技术广泛应用于制作重型燃气轮机叶片。涂层材料对于保障叶片材料及其结构的机械强度非常关键,也可提高其使用可靠性与服役寿命。在实际制造和使用中发现,热障涂层材料强度性能普遍较差,容易发生破坏,研究热障涂层的力学特性非常重要。通常TBC破坏形式表现为层裂(spallation)破坏和界面剥离/分层(delamination) 破坏。即限制涂层使用的主要制约因素为涂层结合强度。本课题组近年来侧重探讨了热障涂层材料强度特性的两个基础性科学问题:1)测试热障涂层结合强度的实验与表征方法;2)关键界面Ni/Al2O3在拉伸、剪切以及混合加载条件下的界面基础强度和断裂特征。

3)微纳单晶金属材料的塑性特性测试、描述以及塑性本构模型化(2010~;2017
  
微纳米尺寸的单晶金属柱体(Ni,Al,Cu等)的单轴压缩响应具有许多特异行为,诸如屈服强度升高、锯齿形塑性流动阶段、应变突变现象、随机性等,目前的连续塑性理论无法对其进行描述,亟待发展建立相应的理论模型和数学关系式。

4)合金材料的塑性本构模型研究(2012~)
  
基于材料变形的微观物理机制和实验结果,发展适用于大规模数值模拟的合金材料本构模型,对其变形行为给出高精度预测。

 5)油气压裂力学问题研究(2012)

    研究石油天然气钻采过程中的水力压裂相关的力学问题,发展可靠分析模型,完善和优化水力压裂设计。

(6)复合材料力学特性和行为研究(2015)

    航天器结构中大量使用复合材料,太空在轨服役条件下,这些复合材料结构可能经受力学性能变化。


关于微纳米材料与结构(包括薄膜/涂层/单晶)、金属、陶瓷、复合材料等强度特性和力学行为,主要开展以下工作:
2.
实验测试研究:试验测试方法、力学分析评价和数值模拟研究;
3.
力学模型和分析方法研究;
4.
本构模型研究
5.
数值模拟研究:运用从有限元计算、分子动力学模拟 (molecular dynamics simulation)、离散位错动力学计算(discrete dislocation dynamics)到量子力学第一原理计算 (first-principle calculation) 等数值计算方法,来研究微纳米材料及其结构的力学特性、多物理特性等。

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应用研究部分:
 
主要涉及复合材料与结构的力学分析金属材料、电站与石油机械零部件的应力分析、强度特性、结合/连接特性、有关的材料力学问题和强度问题等,具体包括:

1. 航天器用复合材料结构应力计算、蠕变特性、强度分析与失效分析(2009-)
2.
通信与电子设备中的力学问题(2012-)
3.
发电厂金属材料和部件的强度(1996-)
4.
石油机械强度与安全(1994-)
5.
结构安全性评定(1996-)

6. 油气压裂技术和工程设计中的力学相关问题(2012-)

 

科研项目
项目编号 项目名称 项目来源 起讫时间 承担角色 项目类别
11672220 微小特征尺度塑性变形的二阶功理论研究 国家自然科学基金项目2017-1~负责人纵向项目
J20160201 空间力、热载荷作用下碳纤维复材管件失效分析 航天科技504研究所2015-1~负责人横向项目
U1330116 基于微结构演化的金属材料物理型塑性本构模型研究 国家自然科学NSAF联合基金2014-1~负责人纵向项目
2013 接地块蠕动测试 华为公司2013-1~负责人横向项目
11272243 微纳尺寸单晶金属的应变强化与应变突变现象研究 国家自然科学基金项目2013-1~负责人纵向项目
2010-28 微纳单晶金属的塑性理论 西安交通大学前沿新兴类科研项目2011-1~负责人纵向项目
20110201110019 Ni/Al2O3界面剪切强度的第一原理计算 国家教育部项目2011-12~负责人纵向项目
20101016 采油杆/管的安全性评定 延长油田2010-1~负责人横向项目
20101015 P92钢焊接接头的安全性评定 西安热工研究院2010-1~负责人横向项目
NCET-08-0445 热障涂层材料强度诸问题的实验测试与原子尺度计算研究 国家教育部项目2009-1~2011-12负责人纵向项目
J20091114 复合材料结构力学分析 航天科技41所2009-1~负责人横向项目
90607013 微结构中界面强度的测试与评价 国家自然科学基金项目2006-7~2008-12负责人纵向项目
0603 功能薄膜界面破坏研究 国家教育部项目2006-1~负责人纵向项目
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研究队伍

  1. 我的学生们:

 

姓 名类 别在校时间研究题目

闫亚宾

硕士生

2009年毕业

薄膜界面破坏过程的内聚力模拟研究

孙长安

硕士生

2009年毕业

测试热障涂层的修正四点弯曲方法研究

靳海丰

硕士生

2009年毕业

Al/Si界面拉伸强度和失效的分子动力学模拟

赵朋飞

硕、博士生

2012/6博士毕业

热障涂层结合强度的测试与表征

郭显聪

硕、博士生

2013/11博士毕业

Al2O3/Ni界面拉伸与断裂特性的第一原理计算

李晓东

 硕士生

2010年毕业

TGO热障涂层的结合强度测试 

薛亚慧

 硕士生

2010年毕业

P92钢蒸汽管道的安全性评定 

 硕士生

2010年毕业

 Al2O3/Ni界面拉伸强度和断裂特性的分子动力学模拟

硕、博士生

2014/6博士毕业

           微米尺寸单晶金属柱体的间歇性塑性流动研究

朱鑫尧

 硕士生

2011年毕业

碳纤维缠绕壳体应力分析和橡胶材料力学特性测试 

 硕士生

2012年毕业

复合材料壳体结构优化与失效研究 

 硕士生

2012年毕业

含缺陷的J55油管和D级抽油杆的安全性评定

包泽赢

硕、博士生D4

2011/92012/9

界面力学行为的第一原理计算研究

硕士生

2013年毕业

单晶金属塑性本构关系研究 

王远祥

硕士生

2013年毕业

 铝合金螺栓连接防松弛特性实验与理论研究

 硕士生

2014/6毕业

微小材料变形中的应变突变准则与模型研究 

硕士生

2014/6毕业

 微米尺寸单晶金属变形特性实验测试

张永梅

硕士生M3

2013/9-2016/7毕业

合金塑性变形特性和物理本构关系研究 

硕士生M2

2013/9-2015/7毕业

两类合金微结构演化与塑性变形机理研究

付大明

 硕士生M3

2013/9-2016/7毕业

页岩水力压裂的断裂力学模型研究

田朝阳

硕士生M2

2014/9-2016/7毕业

 合金塑性本构模型的数值实现和求解策略研究

 

硕士生M3

2014/9-2017/7毕业 

复合材料管件结构蠕变性能测试与强度评价

 邵振威

硕士生M2 

2014/9-2016/7毕业

复合材料结构力学分析 

郭惠丽

博士生D4

2014/9

微尺度单晶金属塑性应变强化行为

林光亮

硕士生M2

2015/9—2017/7毕业

合金塑性本构模型的有限元实现、验证与确认

罗  静

硕士生M3

2015/9— 

 位移加载条件下微尺度FCC单晶金属应变突变的二阶功准则

杨增钦

硕士生M3

2015/9—

复合材料管件细微缺陷扩展机理研究与强度分析

 千  宇

 博士生D3

 2015/9—

典型掺杂GaN半导体材料的关键力学性能研究

李  力硕士生M22016/9 —复合材料薄壁管件的屈曲分析与强度评价
黄哲峰硕士生M22016/9 —高低温循环作用下复合材料结构强度特性分析
武晨光硕士生M22016/9 —Drucker公设与二阶功稳定性条件的理论研究
陈柏淼硕士生M12017/9 —复合材料结构的热稳定性研究
杨江艳硕士生M12017/9 —复合材料结构的蠕变性能测试研究
邓师哲本科生B42017/9—GaN材料力学行为的分子动力学模拟研究
    
    

  

 2. 毕业的研究生:

姓 名类 别在校时间毕业去向
闫亚宾硕士2006/9 2009/7

日本京都大学,博士生;

2012年加入中物院总体研究所

孙长安硕士2006/9 2009/7中船某研究所
 靳海丰 硕士 2006/9 2009/7沈飞公司
李晓东硕士2007/9 2010/7中航623
薛亚慧硕士2007/9 2010/7航天771
硕士2008/9 2010/7 深圳某公司
朱鑫尧硕士2009/9 2011/7英国HW大学,博士研究生
赵朋飞博士2009/22012/6航天科技二院(北京)
硕士 2010/9 2012/6上海商飞公司
硕士2010/9 2012/6华为公司(西安)
硕士2011/9 2013/6日本大阪大学,博士研究生
王远祥硕士2011/9 2013/6东方锅炉集团(成都)
郭显聪硕、博士2007/9/2009/2-2013/11自主创办公司(宁波)
  硕士2011/9 2014/6航天科技一院(北京)
  硕士2011/9 2014/6 华为公司(深圳)
  硕、博士2008/92010/2 2014/6郑州大学(任教)
 陈  雁 硕士2013/9-2015/7 陕汽集团(西安) 
张永梅硕士2013/9-2016/7悉尼大学,博士生
付大明硕士2013/9-2016/7中车集团(广州)
田朝阳硕士2014/9-2016/7美的集团(广州)
邵振威硕士2014/9-2016/7中国航发黎阳(贵阳)
马  瑜硕士2014/9-2017/7中航西安航空发动机公司
林光亮硕士2015/9-2017/7宁德时代新能源科技公司
    

 

 

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