金属辐照氦脆的统计理论

在非平衡统计断力学的基础上研究了辐照条件下金属的氦脆断裂问题；明确了高温氦脆（ＨＴＨＥ）的微观机理，建立了晶界上氦泡形核和长大模型，推导出氦泡形核和长大速率公式。应用氦泡演化方程得到氦泡密度分布函数和材料寿命，所得计算结果与实验值一致。     

辐照金属氦脆的微观机理及统计特性

用非平衡态统计物理方法研究在高温与中子辐照的环境中金属材料的氦脆化.首先建立了金属中氦泡的演化方程,在讨论氦泡成核和长大机理的基础上,求得了氦泡的成核与长大速率及涨落长大系数,最终导出了氦泡密度分布函数和金属发生氦脆断裂时的临界氦泡半径。     

钚中空位对氦泡生长影响的动力学Monte Carlo研究

对于氦在金属中的行为特性研究,人们已经做了大量工作;但对于金属钚,这方面的工作仍然非常少.钚的自辐照效应可以在自身引入大量的空位和氦原子,这些空位及氦原子扩散、聚集,会对材料性能造成不良影响.本文采用动力学Monte Carlo(KMC)方法,分别建立了纯氦模型和空位模型,进行模拟研究,发现空位对氦泡生长速度、生长形态都有明显的影响.     

钚中空位对氦泡生长影响的运动学Monte Carlo研究

对于氦在金属中的行为特性研究,人们已经做了大量工作;但对于金属钚,这方面的工作仍然非常少。钚的自辐照效应可以在自身引入大量的空位和氦原子,这些空位及氦原子扩散、聚集,会对材料性能造成不良影响。本文采用动力学Monte Carlo（KMC）方法,分别建立了纯氦模型和空位模型,进行模拟研究,发现空位对氦泡生长速度、生长形态都有明显的影响。     

核聚变堆面向等离子体钨基材料氢氦效应的第一性原理研究

钨基材料以其高熔点、高导热率、良好的抗中子辐照和抗溅射腐蚀等优异性能,被视为未来核聚变装置中最有前景的面向等离子材料.在聚变服役环境下,14Me V的高能中子以及低能氢/氦粒子流对钨基材料造成严重的辐照损伤.研究材料的辐照损伤与氢氦效应机理对揭示辐照引起材料微观结构与性能的变化以及探索开发新型抗辐照材料具有重要的意义.近年来,随着计算模拟技术的发展,多尺度模拟方法在聚变堆材料辐照损伤与氢氦效应机理研究方面有着广泛的应用.本文主要结合作者近几年的研究实践,介绍了第一性原理方法在钨中氢氦效应机理方面的一些进展,揭示了钨中基于空位和杂质的氢/氦泡级联成长机制,建立了过渡族合金元素与辐照点缺陷以及与氢/氦相互作用数据库,从而为高性能钨基材料合金化元素的筛选及其制备实践提供理论指导.     

钨基辐照材料纳米氦泡诱导位错成核的分子模拟

基于分子动力学模拟, 系统研究纳米氦泡的内压、孔径和温度对钨基辐照材料位错成核机理的影响. 首次采用微动弹性带 (nudged elastic band, NEB) 方法对氦泡诱导位错成核的能垒进行分析. 研究发现, 存在一个极限氦/空位比, 当氦/空位比超过该极限值时, 纳米氦泡通过内压驱动位错成核、位错竞争与反应、交滑移等微观机理生成并发射柱型位错环而长大;氦泡诱导位错成核所需的极限内压随温度的升高与氦泡的长大而减小, 氦/空位比的增加可以有效地降低位错成核所需的能垒.     

C-Mn钢及焊缝金属各韧性的统一性

在系列温度下测定了16MnR钢及三种焊缝金属的四项韧性指标:VCharpy冲击韧性、预裂纹Charpy冲击韧性、四点静弯缺口韧性和断裂韧度COD,同时测定了四种材料的屈服强度。发现四项韧性指标的延脆转变温度可以通过各材料的屈服强度对温度和加载速率的依赖而统一起来,各韧性的延脆转变现象均由局部解理条件所控制,为简化工程材料抗断性能的评定和断裂理论研究的深入提供了可能。     

非晶合金塑脆断裂转变的控制参数

材料的塑脆断裂转变及机理一直以来都是材料和力学领域的研究热点.近百年来,针对晶体材料的塑脆行为,相继发展了一系列弹、塑性的起裂临界判据及塑脆表征参数.非晶合金作为近年来涌现的一类新型结构材料,因具有优异的力学性能,在国防、空天等领域显示出广阔的应用前景.然而,该材料变形局部化剪切带导致的室温低塑性极大地限制了其工程应用.因此,弄清非晶合金的塑脆断裂行为及转变条件显得尤为迫切.在传统理论的基础上,结合非晶合金固有的特性,目前已发展了塑脆转变的单参数和双参数控制理论.本文将对这些理论进行简要的回顾,进一步揭示这些控制参数的相互关联及非晶合金塑脆转变的实质.     

晶体镍中氦泡生长的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟了面心立方金属镍中氦泡的膨胀和融合过程。通过原子分布示意图、径向分布函数等方面的分析研究发现,在温度较低时,随时间的演化,原相隔五层镍原子的两氦泡逐渐聚拢,同时周围出现大量空位、间隙原子、位错等缺陷结构;两氦泡最终连为一体,氦泡周围的镍原子构成一菱形位错区域。温度较高时,两氦泡融合速度加快,融合区域增大,这对于研究材料中的杂质、缺陷、孔洞、裂纹的扩展、贯通机理具有重要意思。     

电子辐照苎麻纤维引起结晶度和力学性能的变化

用BF-5直线加速器提供的电子束对苎麻纤维织物进行了0~500kGy范围不同剂量的辐照,使苎麻纤维的结晶度发生变化,采用X射线衍射仪(XRD)对辐照苎麻纤维的结晶度进行测试分析.并用材料万能试验机对辐照苎麻纤维织物的断裂强力、断裂伸长量等力学性能进行测试.研究表明:苎麻纤维的结晶度随辐照剂量增大而明显下降,苎麻纤维织物断裂强力、断裂伸长量均随辐照剂量增大而下降;苎麻纤维织物力学性能下降与电子束辐照降低了纤维结晶度有关.     

一个估算疲劳寿命的解析公式

目的 推导出疲劳断裂概率,可靠性及疲劳寿命的近似解析表达式,使疲劳断裂的非平衡统计理论具有实际应用价值。方法 用非平衡统计理论的概念和方法,结合微观动力学,从微观机理出发进行严格的数学推导。结果 给出了各种情况下疲劳断裂概率、可靠性及疲劳寿命的近似解析表达式。结论 在不同情况下,虽然ｆ（Ｎ）的近似解析表达式需要采取不同的形式,但疲劳寿命可用一个解析表达式表示。     

疲劳断裂几率、可靠性及寿命的计算

讨论了研究疲劳断裂的几个重要函数——疲劳断裂几率、可靠性及寿命,重点研究了金属的疲劳断裂几率.在详细的数学推导之后,给出了金属疲劳断裂几率即一个变上限复杂积分的近似解析函数表达式,并与计算机的数值曲线进行了比较.从而使疲劳断裂的统计理论具有了实际应用价值。     

水附着状态下奥贝球铁断裂韧性的脆化行为

研究了水附着状态下奥贝球铁(ADI)断裂韧性的脆化行为．研究结果表明，干燥状态下ADI具有较高的断裂韧性，但水附着状态下ADI的弹塑性断裂韧性JIc降至干燥状态下的20％以下，发生显著的脆化行为；断裂韧性的脆化与试样水浸泡履历无关，长时间(480h)水浸泡试样经再干燥后，其断裂韧性恢复到原有水平．裂纹尖端附着的水在ADI基体塑性变形时分解放出氢，氢扩散至试样的内部使ADI基体中的应力诱变马氏体发生氢脆，导致了ADI断裂韧性的脆化．     

A Theoretical Approach for Estimating Fracture Toughness of Ductile Metals

Fracture toughness is very important when applying Damage Tolerance Design and Assessment Techniques. The traditional testing approach for obtaining fracture toughness values is costly and time consuming. In order to estimate the fracture toughness of ductile metals, the fracture mechanics theory, materials plastic deformation theory and materials constructive relationships are employed here. A series of formulae and a theoretical approach are presented to calculate fracture toughness values of different materials in the plane stress and plane strain conditions. Compared with test results, evaluated values have a good agreement.     

低中碳Si－Mn－V钢回火马氏体脆性机理与稀土元素的作用

通过冲击试验并利用透射电镜，扫描电镜和Ｘ射线衍射仪等测试设备研究了低中碳Ｓｉ－Ｍｎ－Ｖ钢回火马氏体脆性机理及稀土元素的作用，结果表明：回火碳化物的析出和粗化是导致试验钢回火马氏体脆性断裂的本质因素，回火马氏体脆性断裂方式强烈取决于钢中含碳量；稀土元素对试验钢回火马氏体脆性的影响与钢中含碳量有关．     

微裂纹取向对金属断裂过程的影响

用非平衡统计方法研究了微裂纹随机取向对金属断裂过程中统计特性的影响．结果发现，微裂纹取向的随机性使金属的许多性质发生了变化．例如：可靠性增大、寿命变长及平均断裂强度增大等．     

冷拔变形（F＋M）型双相钢的氢脆

实验采用阴极电解预充氢试样拉伸的方法,研究了冷拔变形05Si2铁素体-马氏体型双相钢的氢脆敏感性及断裂行为。发现双相钢氢脆敏感性随着冷拔变形量的增大出现一峰值,以及氢致铁素体基体的脆化现象。     

陶瓷断裂非平衡统计理论

研究了陶瓷断裂非平衡统计理论.文中从微裂纹随机长大导致断裂的思路出发,给出了随机长大方程,导出了微裂纹分布函数、断裂几率、可靠性、强度和寿命的统计分布函数及其统计平均值。