第十七届全国疲劳与断裂学术会议大会特邀报告人简介

2014-08-01 00:00:00 作者：admin 来源：《腐蚀防护之友》分享至：

张统一

中国科学院院士，1985年毕业于北京钢铁学院（现北京科技大学）物理化学系金属物理专业获博士学位。之后获得德国洪堡基金会奖学金，作为洪堡学者在德国哥庭根大学工作。1988-1990年在美国罗彻斯特大学从事研究工作，1990-1993年作为研究科学家在美国耶鲁大学工作，1993年至今，在香港科技大学机械工程系工作。2011年12月当选为中国科学院院士。

现为香港科技大学机械工程系终身教授。现任远东及大洋洲断裂学会副主席、国际断裂会议执委、国际期刊《Materials Science Foundations》的顾问、国际期刊《Computers, Materials & Continua》的编委。

从事材料力学性质的研究。预测并证实了钢铁扭转和剪切载荷下的氢脆现象。澄清了电绝缘裂纹面上电边界条件，发展了压电线性和非线性断裂力学；实验证明导电裂纹的电断裂韧性为材料常数，构筑了电致断裂的理论框架。发展了微观/纳观力学：建立了微/纳桥测试理论和方法及薄膜/基体系统中产生位错、微/纳孪晶和裂纹的临界厚度理论；给出了应力腐蚀中裂纹、腐蚀膜和位错交互作用的理论解释。曾获国家自然科学二等奖二次、香港裘槎高级研究学者奖、美国ASM International Fellow奖和中国科学技术协会青年科技奖。

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

研究员，博士生导师。1977年毕业于清华大学机械工程系；1981年在清华大学机械工程系获硕士学位，同年开始在中科院力学所工作；1991年在中科院力学所获博士学位。1985年至1986年在加拿大渥太华物理冶金研究所从事断裂力学与断裂物理的合作研究；1989年至1990年在英国谢菲尔德大学机械与化工系从事疲劳短裂纹与缺口裂纹分析的合作研究。

任中科院力学所学位委员会主任。曾任中科院力学所所长（98-06）。主要学术兼职：国际期刊《Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures》主编，《Science China - Physics Mechanics & Astronomy》副主编，中国力学学会副理事长，国务院学位委员会学科评议组力学组成员。

从事固体力学，材料力学性能与内部结构等方面的研究，主要学术成果有：钢中第二相颗粒的数量、尺度及分布影响变形、断裂和应力腐蚀开裂的机制；孔边裂纹的应力强度因子和塑性区分析并用于高双向循环应力下孔边裂纹扩展模型；合金材料中疲劳短裂纹萌生和发展群体损伤演化的规律与模型；亚微米/纳米金属材料的微结构和力学行为；合金材料超高周疲劳特性；水中悬浮隧道的动力响应和原型桥设计等。

高强钢超高周疲劳裂纹萌生机理和寿命预测模型

在低于传统疲劳极限的循环应力下，高强钢仍可能发生疲劳损伤和断裂，相应的疲劳断裂周次在107以上（超高周）。高强钢的超高周疲劳问题是疲劳研究的重要新领域。一方面，超高周疲劳的裂纹萌生和初始扩展机制与高周疲劳、低周疲劳范畴的情形不同，新的疲劳机制有待于揭示；另一方面，很多重要的工程结构和部件，如飞机、高铁、桥梁等，需要承受107以上乃至1010载荷周次的安全服役寿命。对于高强钢，超高周疲劳裂纹往往萌生于材料/试样内部的非金属夹杂物。微观图像显示，裂纹源局域呈现“鱼眼” 状微观斑图，“鱼眼”中包含围绕裂纹源点夹杂物的“细晶区”。本文内容包括三部分：高强钢超高周疲劳裂纹萌生和初始扩展的微观特征和基本参量；超高周疲劳裂纹萌生特别是细晶区形成机理；包含超高周范畴的疲劳强度和疲劳寿命预测模型。在超高周疲劳裂纹萌生机理方面，采用了离子截面抛光方法和聚焦离子束切割方法制备了试样，用扫描电镜和透射电镜定点观测了细晶区和鱼眼的表面和剖面的微观特征，揭示了高强钢超高周疲劳裂纹萌生的微观精细结构与形成机理。在超高周疲劳寿命预测方面，分析了疲劳强度和疲劳寿命与裂纹源夹杂物尺度，细晶区尺度以及应力比和材料强度等因素的关系，建立了包含超高周范畴的疲劳强度和疲劳寿命预测模型，预测结果与实验数据吻合。

宿彦京

教授，博士生导师。2000年毕业于北京科技大学材料物理专业获博士学位，同年入选北京市科技新星计划，2005年入选教育部新世纪人才计划。1997－2000香港科技大学访问学者，2001-2003年日本物质与材料研究机构特聘研究员（STA Fellow），2003年回国任副教授，2005年破格任教授，2006年任博士生导师。

现任北京科技大学材料失效与控制研究所所长、教育部环境断裂重点实验室主任、北京市腐蚀/磨蚀与表面技术重点实验室副主任。学术兼职：中国腐蚀与防护学会环境断裂专业委员会主任委员，中国物理学会固体缺陷专业委员会副主任委员，中国海洋湖沼学会海洋腐蚀与污损专业委员会副主任，《Inter. J. Corros. 》和《中国腐蚀与防护学报》编委。

从事金属材料的腐蚀、应力腐蚀和氢脆，以及铁电材料的可靠性研究，在Acta Mater., Appl. Phy. Lett.和Corr. Sci.等刊物共发表论文135余篇，合作出版专著3部，获省部级科技进步一、二等奖四项。曾主持和参与国家科技支撑项目课题、“973”项目课题、“863”项目，以及国家自然科学基金项目等20余项。

应力腐蚀与腐蚀产物膜性能相关性研究

受应力的材料在特定的化学环境中发生滞后断裂的现象称为应力腐蚀，根据其机理的不同可以将应力腐蚀分为阳极溶解型和氢致开裂型。应力腐蚀往往会导致材料在低应力下的无征兆脆断，诱发灾难性事故的发生。

阳极溶解型应力腐蚀过程中会在材料表面或裂纹尖端形成腐蚀产物膜，腐蚀产物膜通常为脆性的氧化物薄膜。大量的研究表明，腐蚀产物膜的力学（膜致应力和破裂强度）和电化学性能对应力腐蚀敏感性起控制作用。本文实验研究了腐蚀产物膜破裂导致韧性金属基底脆性裂纹扩展的规律，揭示了腐蚀膜破裂诱导脆性解理在应力腐蚀中的作用，否认了膜致脆断导致应力腐蚀的机理；提出了测量腐蚀膜应力的方法，在此基础上系统研究了多种应力腐蚀体系中腐蚀膜应力与应力腐蚀敏感性的相关性，发现在所研究的应力腐蚀体系中，应力腐蚀敏感性随膜致应力的升高而升高，当膜致应力为零或压应力时，不产生应力腐蚀；通过分子动力学和有限元模拟，研究了腐蚀膜应力的分布及其对应力腐蚀裂纹形核和扩展的影响，建立了阳极溶解型应力腐蚀的内聚力模型（cohesive zone modeling）；利用静电力显微镜研究了腐蚀产物膜的半导体性能及其力-电耦合效应，为应力腐蚀机理的深入理解和预测提供了基础。

涂善东

教授，1988年于南京化工学院化工机械专业获工学博士学位，1989年-1990年在西南交通大学力学所从事博士后研究工作，1990年-1993年受邀担任瑞典皇家理工学院客席科学家（Guest scientist），1993年-2001年担任南京化工大学、南京工业大学副校长、机械工程学院副教授、教授、院长，1998年6月-12月韩国中央大学访问教授（Brain pool scholar），2001年11月起担任华东理工大学化工过程机械学科教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。

现任华东理工大学教授、副校长。兼任国务院学位委员会学科评议组成员、国际压力容器学会亚太地区主席、国际机构学与机器科学联合会可靠性委员会委员、中国机械工程学会材料学会理事长、压力容器学会名誉理事长；《Int J Pressure Vessels & Piping》、《 Applied Energy》、《J of Materials Science & Technology》、《Advances in Mechanical Engineering》、《Frontier of Mechanical Engineering》、《压力容器》、《机械工程材料》、《应用基础与工程科学学报》、《机械强度》等学术期刊编委。

从事高温结构完整性、微化学机械系统（MCMS）等方面的研究。对高温工程的结构完整性理论及安全保障技术做出过较为系统的贡献。曾获国家科技进步二等奖三次、国家发明二等奖一次，并获第二届中国青年科技奖以及ASME最佳论文奖等。

高温下材料试验与结构行为之间的关联

材料与结构高温力学行为的研究，一方面要为在更加严苛条件下服役的机械装备的设计制造提供理论基础，如：在600-700 C下工作的超超临界电站装置、下一代的核能系统（氦气出口温度达1,000 C、液态金属温度达550 C－800 C）、大飞机发动机等；另一方面要为在役的高温装备提供维修和寿命管理的指导，如：老龄化电站高温设备、航空发动机、以及石油化工大型高温反应装置等。尽管过去针对高温提出了不少测试方法和理论模型，但是如何将高温材料试验与实际结构行为更好地关联，仍有许多基础问题需要解决。本报告总结了近年在高温材料基本性能试验、高温拘束断裂和失效评价方面所做的研究。主要包括：（1）蠕变性能测试：非传统试样的测试原理；（2）高温拘束断裂理论：面内/外拘束对高温蠕变裂纹扩展速率的影响；（3）基于损伤理论的高温失效评价方法：新的多轴蠕变-损伤本构模型及其在裂纹扩展寿命预测中的应用。

张哲峰

研究员，1998年获中国科学院金属研究所博士学位。2000-2001年为日本产业技术综合研究所“科学振兴会（JSPS）”资助研究员，2001-2003年为德国莱布尼兹固体材料研究所洪堡学者，2003年1月至12月为德国斯图加特马普金属研究所访问学者。2004年回到中国科学院金属研究所工作。2006年国家杰出青年基金获得者，2009-2012年承担国家自然科学基金重大项目研究。

任中国科学院金属研究所副所长；沈阳材料科学国家（联合）实验室副主任、材料疲劳与断裂研究部主任、材料失效分析中心主任。享受国务院政府特殊津贴、德国“洪堡奖学金”获得者和日本“科学振兴会”资助研究员；国际强度委员会（ICSMA）委员、国际金属机械疲劳委员会（ICMFM）委员、中国材料研究学会疲劳分会秘书长/副理事长。

主要从事金属材料力学行为、强韧化机制、疲劳损伤与寿命预测、断裂机理与强度理论等方面研究工作。发表SCI论文260余篇，被 SCI论文引用4600余次，单篇论文引用440余次，在国际学术会议上作邀请报告30余次，部分研究成果获“辽宁省自然科学二等奖”、辽宁省青年科技奖。

金属材料强韧化机制与疲劳性能提高途径

金属材料的疲劳性能，如疲劳强度、疲劳寿命、裂纹扩展速率等是其工程安全应用的重要参数，本报告将从探讨金属材料的强韧化机制出发，在此基础上集中揭示其高周、低周及超低周疲劳性能与其微观损伤机制之间的内在联系，提出金属材料疲劳强度与疲劳寿命的提高在于对其成分与组织结构的强韧化设计，一方面可以通过降低金属材料的组织结构单元尺寸，同步提高拉伸强度和延伸率，实现其静态力学性能与变形能力的提高；与此同时，通过对金属材料成分的合理设计调整其微观变形机制来降低其疲劳损伤微观程度，实现其疲劳强度与疲劳寿命的提高。在此基础上提出提高金属材料的强韧性匹配和降低其疲劳损伤程度是实现疲劳强度与疲劳寿命提高的基本途径。

陶春虎

教授，博士生导师，法国里尔科技大学基础物理系物理冶金专业博士。中国航空工业集团材料力学性能表征与失效分析技术首席技术专家。指导博士研究生多名。被中国航空工业2010年授予航空重点型号金质奖章。4次荣获中国航空工业第一集团公司二等功，2次三等功。

任中国航空工业集团公司检测与焊接人员资格认证管理中心常务副主任，中国航空学会理事和失效分析专业分会主任委员。并在多个专业学术分会任理事。国际杂志《ENGINEERING FAILURE ANALYSI》（《工程失效分析》）编委，国际工程失效分析系列会议技术委员会委员，国内第一个失效分析领域专业技术杂志《失效分析与预防》主编，《航空材料学报》常务副主编，《机械工程材料》编委副主任等。

主要从事材料与结构的损伤、机械产品失效分析、检测技术、损伤评价与预防、表面损伤与防护等专业方面的研究工作以及武器装备材料应用的技术管理工作，十多年来合作出版有关失效分析、材料损伤与预防等专著六部、组织与合作出版译著两部、编著二十余部，在国内外发表论文百余篇，获17项部委级科技成果奖。

涡轮叶片用定向凝固高温合金的超高周疲劳行为研究

定向凝固高温合金被广泛应用于航空发动机涡轮叶片。在服役过程中，发动机涡轮叶片有时要遭受高频率低载荷的超高周疲劳，频率可达万赫兹，循环周次在107以上。利用超声疲劳试验方法（频率f=20kHz）来模拟材料的超高周疲劳失效已经成为研究热点，目前，对涡轮叶片用高温合金的超高周疲劳研究还处于初步阶段。最近，我们对定向凝固高温合金DZ125进行了室温和高温下的超高周疲劳行为研究，对其疲劳性能、断口特征、组织结构开展了较为系统的研究工作。获得的结果如下：（1）获得了合金的超高周疲劳S-N曲线，并对其结果进行了频率修正：得到了合金在室温和700℃下循环周次在106～108范围的性能数据，合金在循环周次大于108的情况下仍发生了疲劳断裂，曲线呈连续下降型；经过频率修正，合金在室温下的超高周疲劳的S-N曲线与常规高周疲劳的S-N曲线能很好地吻合；合金在700℃下的超高周疲劳性能数据较分散，应力幅在σa=290～250MPa之间，未经过频率修正，与常规高周疲劳的S-N曲线能很好地吻合。（2）合金的超高周疲劳断口特征：室温下，超高周疲劳断口裂纹起源于试样表面，应力幅越小，裂纹第一阶段扩展的特性越明显，裂纹第二阶段扩展区的断面形貌较平整，与应力轴垂直；700℃下，超高周疲劳裂纹源于试样亚表面，源区无明显缺陷，断面起伏较大；（3）合金的微观疲劳变形行为：电子背散射衍射分析表明，室温和700℃下，合金在超高周疲劳过程中，晶体受力均发生了小幅度旋转，但高温下晶体取向变化程度较小，这可能与位错运动相关。（4）合金的微观结构、元素分布和弹性模量的变化：700℃下，较疲劳前，经过疲劳后合金中的γ′相未见明显变化，合金元素在枝晶间与枝晶杆的偏析比均发生了小幅度变化，枝晶间与枝晶杆弹性模量差值显著增大，较疲劳前弹性模量变化最大值约为30 GPa。

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