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科学研究

机械系博士生构建新型接触力学和微观断裂损伤分析模型

分类:院内新闻 作者: 来源: 时间:2023-01-14 访问量:

       近日,我院机械工程系博士生丁苏杭和张宇航分别在接触力学和微观断裂损伤力学领域取得新进展。


       2021级机械系博士生丁苏杭以第一作者身份在《Mechanism and Machine Theory》(一区TOP,机构和机器科学领域顶级期刊)上发表了题为 "A normal contact force model for viscoelastic bodies and its finite element modeling verification"的理论研究论文。夏热副教授和胡国明教授为共同通讯作者,武汉大学为第一单位。


       该研究从标准线性固体模型出发,利用拉普拉斯变换及其逆变换求解微分方程,获得对应的一维应力应变关系和松弛函数;基于弹性解中的等效弹性模量的松弛函数替换求得粘弹性体接触应力表达式;在接触区域上的接触应力积分最终获取法向接触力的显式表达式。构建的法向接触力模型可以利用粘弹性体的材料参数,来实现对接触过程的能量耗散现象的阐述。进一步,作者通过有限元二次开发,编写定义粘弹性材料属性的用户材料子程序,验证了该法向接触力模型的有效性。本研究完善了粘弹性接触力学的理论框架,原创性地建立了能量耗散与传统力学材料参量之间的关系,为粘弹性接触问题的量化分析提供了有效手段。


《Mechanism and Machine Theory》


       2021级机械系博士生张宇航将论文写在祖国大地上,以一作身份在国内旗舰期刊《中国科学: 技术科学/ SCIENCE CHINA Technological Sciences》上发表了题为“Fracture toughness and destructive mechanism of ductile nanoporous metallic glass and its crystal-impregnated nanocomposite”的研究论文。夏热和上海交通大学吴文旺老师为共同通讯作者,武汉大学为第一单位。


       作者针对纳米多孔Cu-Zr非晶合金的断裂韧性和损伤机理展开深入分析,兼顾表面能和塑性耗散能效应,首次获得了该结构的断裂韧性。对力学性能-微结构的关联性进行了量化表达,从原子尺度阐述了裂纹扩展行为和结构失效机理,并设计了力学性能更优秀的纳米非晶/晶体双连续复合结构,建立了高韧性材料的力学性能-材料属性-拓扑结构一体化综合分析体系。该研究是目前为止,针对纳米多孔非晶金属力学特性较为系统和全面的深入探讨,不仅深化了对其断裂行为的理解、拓宽了定向调控优化力学性能的新思路,更为诠释各类轻质复合材料的断裂行为提供了普适性参考。


SCIENCE CHINA Technological Sciences


相关研究得到了国家自然科学基金支持(51575404,12072241,11972081)。

Mechanism and Machine Theory》原文链接:https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2022.105202

SCIENCE CHINA Technological Sciences》原文链接:https://www.sciengine.com/SCTS/doi/10.1007/s11431-022-2313-4