上海交大材料學院沈耀團隊PRL上發表材料變形介觀尺度非均勻性研究...

2021-01-16 上海交通大學新聞網

近日，上海交通大學材料科學與工程學院相變與微結構研究所沈耀教授團隊在材料變形介觀尺度非均勻性方面的研究取得了重要進展。該團隊揭示了材料的局部應變服從對數正態分布這一普遍規律，並驗證了該規律成立的前提條件，為材料介觀尺度變形機制的研究提供了啟示。其相關研究成果「Lognormal distribution of local strain: a universal law of plastic deformation in material」以上海交大為第一單位發表於物理學權威期刊《Physical Review Letters》(DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.155501)。此項研究與寶鋼汽車用鋼開發與應用技術國家重點實驗室及通用汽車公司中國研究院合作完成，沈耀教授和劉桂森博士為論文的共同通訊作者，博士生唐驁為第一作者。

圖1 發表文章頁面

塑性變形是多尺度問題，根據特徵長度和影響因素可分為三個尺度：原子(微觀)尺度、晶粒(介觀)尺度和樣品(宏觀)尺度。基於塑性變形的介觀尺度特徵是建立微觀結構與宏觀力學性能關係重要橋梁的認識，該團隊一直致力於以塑性變形介觀尺度機制為核心的材料熱力過程多尺度計算模擬和實驗研究。

基於數字圖像相關法(DIC)的全場應變分布測量，研究人員統計分析了五種代表性材料的局部應變分布，發現了材料局部應變的統計分布服從對數正態分布這一規律(圖1)。通過有限元模擬，研究人員進一步證明統計窗口上的變形宏觀均勻是該規律成立的前提條件，並給出了宏觀均勻的數學定義：窗口內各點的平均應變等於窗口頂點位移計算得到的窗口宏觀應變。每種材料均應該存在滿足宏觀均勻的最小窗口尺寸，它將隨材料和變形程度而變化。該規律的發現為材料微觀應變分布的統計分析及其與材料變形機制的聯繫的研究提供了新的方法，也為實驗上確定連續介質尺度模擬中代表性體積元（RVE）的合理尺寸和衡量材料協調變形的能力提供了新的思路。

圖2：不同材料變形後的a-e)應變圖像以及f)應變的統計分布和相應的對數正態分布擬曲線

上述研究得到科學挑戰計劃、國家自然科學基金委和寶鋼汽車用鋼開發與應用技術國家重點實驗室開放項目的資助。

論文連結https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.124.155501

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