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第十七屆全國疲勞與斷裂學術會議大會特邀報告人簡介

2014-08-01 00:00:00 作者：admin 來源：《腐蝕防護之友》分享至：

張統一

中國科學院院士，1985年畢業于北京鋼鐵學院（現北京科技大學）物理化學系金屬物理專業獲博士學位。之后獲得德國洪堡基金會獎學金，作為洪堡學者在德國哥庭根大學工作。1988-1990年在美國羅徹斯特大學從事研究工作，1990-1993年作為研究科學家在美國耶魯大學工作，1993年至今，在香港科技大學機械工程系工作。2011年12月當選為中國科學院院士。

現為香港科技大學機械工程系終身教授。現任遠東及大洋洲斷裂學會副主席、國際斷裂會議執委、國際期刊《Materials Science Foundations》的顧問、國際期刊《Computers, Materials & Continua》的編委。

從事材料力學性質的研究。預測并證實了鋼鐵扭轉和剪切載荷下的氫脆現象。澄清了電絕緣裂紋面上電邊界條件，發展了壓電線性和非線性斷裂力學；實驗證明導電裂紋的電斷裂韌性為材料常數，構筑了電致斷裂的理論框架。發展了微觀/納觀力學：建立了微/納橋測試理論和方法及薄膜/基體系統中產生位錯、微/納孿晶和裂紋的臨界厚度理論；給出了應力腐蝕中裂紋、腐蝕膜和位錯交互作用的理論解釋。曾獲國家自然科學二等獎二次、香港裘槎高級研究學者獎、美國ASM International Fellow獎和中國科學技術協會青年科技獎。

Stress relaxation and creep behaviors of nanotwinned copper at different temperatures

In the present study, we carried out isothermal tensile stress relaxation and stress jump creep tests at temperatures of 22, 30, 40, 50, 75 and 100 oC on nanotwinned copper with an average grain size of 30nm prepared by the electric deposition technique. The experimental results showed that the stress relaxation and creep behaviors highly depend on the temperature and the stress level. Two stages in the stress relaxation appear, in which the logarithmic stress dropping stage under high stresses is following by the linear stress drop stage under low stresses. The steady state creep was found to be the linear Coble creep under the low stresses or the power-law creep under the high stresses. The critical stress distinguishing the low and high stresses, called the transition stress here, was significantly lowered as the testing temperature increases. Based on the thermally activated plastic deformation, or viscosity more exactly speaking, two sets of activation energy and activation volume of the plastic deformation were drawn from the stress relaxation and creep tests and the results are completely self-consistent, thereby showing the time-dependent deformation mechanisms. Besides, scanning electron microscopy and high resolution transmission electron microscopy were been used to observe the failure surface, dislocation distribution, and microstructure evolution after certain extents of the stress relaxation and creep tests. The characterizations show that the perfect dislocations pile-up and cutting through the twin boundaries during stress relaxation and creep under the high stresses and partial dislocations/stacking faults accumulated at twin boundaries under the low stresses. The experimental results suggest that there exists a transition in plastic deformation mechanism during stress relaxation and creep with elevating temperature and stress level, from the intra-twin dislocation-activity mechanism to the twin boundary diffusion-mediated mechanism.

洪友士

研究員，博士生導師。1977年畢業于清華大學機械工程系；1981年在清華大學機械工程系獲碩士學位，同年開始在中科院力學所工作；1991年在中科院力學所獲博士學位。1985年至1986年在加拿大渥太華物理冶金研究所從事斷裂力學與斷裂物理的合作研究；1989年至1990年在英國謝菲爾德大學機械與化工系從事疲勞短裂紋與缺口裂紋分析的合作研究。

任中科院力學所學位委員會主任。曾任中科院力學所所長（98-06）。主要學術兼職：國際期刊《Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures》主編，《Science China - Physics Mechanics & Astronomy》副主編，中國力學學會副理事長，國務院學位委員會學科評議組力學組成員。

從事固體力學，材料力學性能與內部結構等方面的研究，主要學術成果有：鋼中第二相顆粒的數量、尺度及分布影響變形、斷裂和應力腐蝕開裂的機制；孔邊裂紋的應力強度因子和塑性區分析并用于高雙向循環應力下孔邊裂紋擴展模型；合金材料中疲勞短裂紋萌生和發展群體損傷演化的規律與模型；亞微米/納米金屬材料的微結構和力學行為；合金材料超高周疲勞特性；水中懸浮隧道的動力響應和原型橋設計等。

高強鋼超高周疲勞裂紋萌生機理和壽命預測模型

在低于傳統疲勞極限的循環應力下，高強鋼仍可能發生疲勞損傷和斷裂，相應的疲勞斷裂周次在107以上（超高周）。高強鋼的超高周疲勞問題是疲勞研究的重要新領域。一方面，超高周疲勞的裂紋萌生和初始擴展機制與高周疲勞、低周疲勞范疇的情形不同，新的疲勞機制有待于揭示；另一方面，很多重要的工程結構和部件，如飛機、高鐵、橋梁等，需要承受107以上乃至1010載荷周次的安全服役壽命。對于高強鋼，超高周疲勞裂紋往往萌生于材料/試樣內部的非金屬夾雜物。微觀圖像顯示，裂紋源局域呈現“魚眼” 狀微觀斑圖，“魚眼”中包含圍繞裂紋源點夾雜物的“細晶區”。本文內容包括三部分：高強鋼超高周疲勞裂紋萌生和初始擴展的微觀特征和基本參量；超高周疲勞裂紋萌生特別是細晶區形成機理；包含超高周范疇的疲勞強度和疲勞壽命預測模型。在超高周疲勞裂紋萌生機理方面，采用了離子截面拋光方法和聚焦離子束切割方法制備了試樣，用掃描電鏡和透射電鏡定點觀測了細晶區和魚眼的表面和剖面的微觀特征，揭示了高強鋼超高周疲勞裂紋萌生的微觀精細結構與形成機理。在超高周疲勞壽命預測方面，分析了疲勞強度和疲勞壽命與裂紋源夾雜物尺度，細晶區尺度以及應力比和材料強度等因素的關系，建立了包含超高周范疇的疲勞強度和疲勞壽命預測模型，預測結果與實驗數據吻合。

宿彥京

教授，博士生導師。2000年畢業于北京科技大學材料物理專業獲博士學位，同年入選北京市科技新星計劃，2005年入選教育部新世紀人才計劃。1997－2000香港科技大學訪問學者，2001-2003年日本物質與材料研究機構特聘研究員（STA Fellow），2003年回國任副教授，2005年破格任教授，2006年任博士生導師。

現任北京科技大學材料失效與控制研究所所長、教育部環境斷裂重點實驗室主任、北京市腐蝕/磨蝕與表面技術重點實驗室副主任。學術兼職：中國腐蝕與防護學會環境斷裂專業委員會主任委員，中國物理學會固體缺陷專業委員會副主任委員，中國海洋湖沼學會海洋腐蝕與污損專業委員會副主任，《Inter. J. Corros. 》和《中國腐蝕與防護學報》編委。

從事金屬材料的腐蝕、應力腐蝕和氫脆，以及鐵電材料的可靠性研究，在Acta Mater., Appl. Phy. Lett.和Corr. Sci.等刊物共發表論文135余篇，合作出版專著3部，獲省部級科技進步一、二等獎四項。曾主持和參與國家科技支撐項目課題、“973”項目課題、“863”項目，以及國家自然科學基金項目等20余項。

應力腐蝕與腐蝕產物膜性能相關性研究

受應力的材料在特定的化學環境中發生滯后斷裂的現象稱為應力腐蝕，根據其機理的不同可以將應力腐蝕分為陽極溶解型和氫致開裂型。應力腐蝕往往會導致材料在低應力下的無征兆脆斷，誘發災難性事故的發生。

陽極溶解型應力腐蝕過程中會在材料表面或裂紋尖端形成腐蝕產物膜，腐蝕產物膜通常為脆性的氧化物薄膜。大量的研究表明，腐蝕產物膜的力學（膜致應力和破裂強度）和電化學性能對應力腐蝕敏感性起控制作用。本文實驗研究了腐蝕產物膜破裂導致韌性金屬基底脆性裂紋擴展的規律，揭示了腐蝕膜破裂誘導脆性解理在應力腐蝕中的作用，否認了膜致脆斷導致應力腐蝕的機理；提出了測量腐蝕膜應力的方法，在此基礎上系統研究了多種應力腐蝕體系中腐蝕膜應力與應力腐蝕敏感性的相關性，發現在所研究的應力腐蝕體系中，應力腐蝕敏感性隨膜致應力的升高而升高，當膜致應力為零或壓應力時，不產生應力腐蝕；通過分子動力學和有限元模擬，研究了腐蝕膜應力的分布及其對應力腐蝕裂紋形核和擴展的影響，建立了陽極溶解型應力腐蝕的內聚力模型（cohesive zone modeling）；利用靜電力顯微鏡研究了腐蝕產物膜的半導體性能及其力-電耦合效應，為應力腐蝕機理的深入理解和預測提供了基礎。

涂善東

教授，1988年于南京化工學院化工機械專業獲工學博士學位，1989年-1990年在西南交通大學力學所從事博士后研究工作，1990年-1993年受邀擔任瑞典皇家理工學院客席科學家（Guest scientist），1993年-2001年擔任南京化工大學、南京工業大學副校長、機械工程學院副教授、教授、院長，1998年6月-12月韓國中央大學訪問教授（Brain pool scholar），2001年11月起擔任華東理工大學化工過程機械學科教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授。

現任華東理工大學教授、副校長。兼任國務院學位委員會學科評議組成員、國際壓力容器學會亞太地區主席、國際機構學與機器科學聯合會可靠性委員會委員、中國機械工程學會材料學會理事長、壓力容器學會名譽理事長；《Int J Pressure Vessels & Piping》、《 Applied Energy》、《J of Materials Science & Technology》、《Advances in Mechanical Engineering》、《Frontier of Mechanical Engineering》、《壓力容器》、《機械工程材料》、《應用基礎與工程科學學報》、《機械強度》等學術期刊編委。

從事高溫結構完整性、微化學機械系統（MCMS）等方面的研究。對高溫工程的結構完整性理論及安全保障技術做出過較為系統的貢獻。曾獲國家科技進步二等獎三次、國家發明二等獎一次，并獲第二屆中國青年科技獎以及ASME最佳論文獎等。

高溫下材料試驗與結構行為之間的關聯

材料與結構高溫力學行為的研究，一方面要為在更加嚴苛條件下服役的機械裝備的設計制造提供理論基礎，如：在600-700 C下工作的超超臨界電站裝置、下一代的核能系統（氦氣出口溫度達1,000 C、液態金屬溫度達550 C－800 C）、大飛機發動機等；另一方面要為在役的高溫裝備提供維修和壽命管理的指導，如：老齡化電站高溫設備、航空發動機、以及石油化工大型高溫反應裝置等。盡管過去針對高溫提出了不少測試方法和理論模型，但是如何將高溫材料試驗與實際結構行為更好地關聯，仍有許多基礎問題需要解決。本報告總結了近年在高溫材料基本性能試驗、高溫拘束斷裂和失效評價方面所做的研究。主要包括：（1）蠕變性能測試：非傳統試樣的測試原理；（2）高溫拘束斷裂理論：面內/外拘束對高溫蠕變裂紋擴展速率的影響；（3）基于損傷理論的高溫失效評價方法：新的多軸蠕變-損傷本構模型及其在裂紋擴展壽命預測中的應用。

張哲峰

研究員，1998年獲中國科學院金屬研究所博士學位。2000-2001年為日本產業技術綜合研究所“科學振興會（JSPS）”資助研究員，2001-2003年為德國萊布尼茲固體材料研究所洪堡學者，2003年1月至12月為德國斯圖加特馬普金屬研究所訪問學者。2004年回到中國科學院金屬研究所工作。2006年國家杰出青年基金獲得者，2009-2012年承擔國家自然科學基金重大項目研究。

任中國科學院金屬研究所副所長；沈陽材料科學國家（聯合）實驗室副主任、材料疲勞與斷裂研究部主任、材料失效分析中心主任。享受國務院政府特殊津貼、德國“洪堡獎學金”獲得者和日本“科學振興會”資助研究員；國際強度委員會（ICSMA）委員、國際金屬機械疲勞委員會（ICMFM）委員、中國材料研究學會疲勞分會秘書長/副理事長。

主要從事金屬材料力學行為、強韌化機制、疲勞損傷與壽命預測、斷裂機理與強度理論等方面研究工作。發表SCI論文260余篇，被 SCI論文引用4600余次，單篇論文引用440余次，在國際學術會議上作邀請報告30余次，部分研究成果獲“遼寧省自然科學二等獎”、遼寧省青年科技獎。

金屬材料強韌化機制與疲勞性能提高途徑

金屬材料的疲勞性能，如疲勞強度、疲勞壽命、裂紋擴展速率等是其工程安全應用的重要參數，本報告將從探討金屬材料的強韌化機制出發，在此基礎上集中揭示其高周、低周及超低周疲勞性能與其微觀損傷機制之間的內在聯系，提出金屬材料疲勞強度與疲勞壽命的提高在于對其成分與組織結構的強韌化設計，一方面可以通過降低金屬材料的組織結構單元尺寸，同步提高拉伸強度和延伸率，實現其靜態力學性能與變形能力的提高；與此同時，通過對金屬材料成分的合理設計調整其微觀變形機制來降低其疲勞損傷微觀程度，實現其疲勞強度與疲勞壽命的提高。在此基礎上提出提高金屬材料的強韌性匹配和降低其疲勞損傷程度是實現疲勞強度與疲勞壽命提高的基本途徑。

陶春虎

教授，博士生導師，法國里爾科技大學基礎物理系物理冶金專業博士。中國航空工業集團材料力學性能表征與失效分析技術首席技術專家。指導博士研究生多名。被中國航空工業2010年授予航空重點型號金質獎章。4次榮獲中國航空工業第一集團公司二等功，2次三等功。

任中國航空工業集團公司檢測與焊接人員資格認證管理中心常務副主任，中國航空學會理事和失效分析專業分會主任委員。并在多個專業學術分會任理事。國際雜志《ENGINEERING FAILURE ANALYSI》（《工程失效分析》）編委，國際工程失效分析系列會議技術委員會委員，國內第一個失效分析領域專業技術雜志《失效分析與預防》主編，《航空材料學報》常務副主編，《機械工程材料》編委副主任等。

主要從事材料與結構的損傷、機械產品失效分析、檢測技術、損傷評價與預防、表面損傷與防護等專業方面的研究工作以及武器裝備材料應用的技術管理工作，十多年來合作出版有關失效分析、材料損傷與預防等專著六部、組織與合作出版譯著兩部、編著二十余部，在國內外發表論文百余篇，獲17項部委級科技成果獎。

渦輪葉片用定向凝固高溫合金的超高周疲勞行為研究

定向凝固高溫合金被廣泛應用于航空發動機渦輪葉片。在服役過程中，發動機渦輪葉片有時要遭受高頻率低載荷的超高周疲勞，頻率可達萬赫茲，循環周次在107以上。利用超聲疲勞試驗方法（頻率f=20kHz）來模擬材料的超高周疲勞失效已經成為研究熱點，目前，對渦輪葉片用高溫合金的超高周疲勞研究還處于初步階段。最近，我們對定向凝固高溫合金DZ125進行了室溫和高溫下的超高周疲勞行為研究，對其疲勞性能、斷口特征、組織結構開展了較為系統的研究工作。獲得的結果如下：（1）獲得了合金的超高周疲勞S-N曲線，并對其結果進行了頻率修正：得到了合金在室溫和700℃下循環周次在106～108范圍的性能數據，合金在循環周次大于108的情況下仍發生了疲勞斷裂，曲線呈連續下降型；經過頻率修正，合金在室溫下的超高周疲勞的S-N曲線與常規高周疲勞的S-N曲線能很好地吻合；合金在700℃下的超高周疲勞性能數據較分散，應力幅在σa=290～250MPa之間，未經過頻率修正，與常規高周疲勞的S-N曲線能很好地吻合。（2）合金的超高周疲勞斷口特征：室溫下，超高周疲勞斷口裂紋起源于試樣表面，應力幅越小，裂紋第一階段擴展的特性越明顯，裂紋第二階段擴展區的斷面形貌較平整，與應力軸垂直；700℃下，超高周疲勞裂紋源于試樣亞表面，源區無明顯缺陷，斷面起伏較大；（3）合金的微觀疲勞變形行為：電子背散射衍射分析表明，室溫和700℃下，合金在超高周疲勞過程中，晶體受力均發生了小幅度旋轉，但高溫下晶體取向變化程度較小，這可能與位錯運動相關。（4）合金的微觀結構、元素分布和彈性模量的變化：700℃下，較疲勞前，經過疲勞后合金中的γ′相未見明顯變化，合金元素在枝晶間與枝晶桿的偏析比均發生了小幅度變化，枝晶間與枝晶桿彈性模量差值顯著增大，較疲勞前彈性模量變化最大值約為30 GPa。

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