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  2. Nature重磅:首次突破金屬疲勞領域常規理論與技術瓶頸!這個設計太逆天了!
    2025-04-02 15:11:25 作者:金屬材料科學與技術 來源:金屬材料科學與技術 分享至:

     

     

    金屬材料在使用過程中容易出現裂紋,這是因為金屬受到外部力量或長期疲勞損傷導致的局部損傷。雖然金屬材料通常具有一定的延展性和韌性,但過大的外部力量或長期使用會導致裂紋的出現。疲勞裂紋是由于金屬材料在循環載荷下的微觀組織和晶界疲勞損傷導致的,其產生和擴展需要經歷一個漫長的過程。一旦疲勞裂紋擴展到一定程度,就會導致材料失效,因此局部應力和晶界遷移是裂紋遷移中重要因素。金屬材料的力學性能、微觀組織和外界環境等因素都會影響裂紋的產生和擴展。為確保金屬材料的使用壽命和安全性,需要及時檢測和修復裂紋和疲勞。
    美國桑迪亞國家實驗室和美國德克薩斯A&M大學材料科學與工程系的Michael J. Demkowicz和Brad L. Boyce團隊發現,純金屬在產生疲勞裂紋后,可以通過自我修復進行愈合。他們觀察到納米級疲勞裂紋的早期進展,發現裂紋可通過側面冷焊愈合,前提是結構材料疲勞壽命的最基本理論得到正確設計和評估。這項重要的工作已在Nature上發表,標題為“Autonomous healing of fatigue cracks via cold welding”,進一步揭示了疲勞在各種服務環境中的影響。
    隨著航空航天、新能源等領域對復合材料性能需求的升級,傳統“試錯法”研發模式面臨瓶頸:微觀結構設計依賴經驗、多尺度耦合機理不透明、全參數空間探索計算成本高昂。與此同時,人工智能與高性能計算的融合為材料科學提供了新范式——通過構建“物理仿真+數據驅動”的混合模型,實現材料性能的精準預測與設計優化。

     

    國際趨勢方面,Nature等頂尖學術期刊持續聚焦“多尺度建模”、“AI+復合材料”等交叉研究前沿,ABAQUS 與 AI 技術融合驅動的復合材料建模與仿真創新研究正成為全球熱點。由知名學者領銜的科研團隊不斷在多尺度機理剖析、智能化復合材料結構開發等方面取得突破性成果,推動著復合材料技術向更高比強度、更優耐久性、更強多功能性等目標加速邁進。

    國家需求層面,我國《國家自然科學基金“十四五”發展規劃》中優先發展領域明確提出“面向航空航天、先進制造、新能源等領域對優異力學性能、特殊功能的新材料和新結構的迫切需求,重點研究新材料的本構理論、破壞理論、多尺度力學行為、新實驗與計算方法,新結構的力學設計與分析、安全壽命評估、多功能驅動的設計方法、智能技術相結合的分析方法等。

    學科發展維度,智能復合材料技術作為新興交叉學科領域正蓬勃興起,眾多頭部企業對既精通復合材料核心技術,又熟練掌握多尺度仿真技巧與 AI 應用開發的復合型人才求賢若渴,相關崗位招聘需求持續井噴。

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