沈耀团队PRL上发表材料变形介观尺度非均匀性研究上的重要进展

lanyunyun

上海交通大学材料科学与工程学院相变与微结构研究所沈耀教授团队在材料变形介观尺度非均匀性方面的研究取得了重要进展。该团队揭示了材料的局部应变服从对数正态分布这一普遍规律，并验证了该规律成立的前提条件，为材料介观尺度变形机制的研究提供了启示。其相关研究成果“Lognormal distribution of local strain: a universal law of plastic deformation in material”以上海交大为第一单位发表于物理学权威期刊《Physical Review Letters》(DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.155501)。此项研究与宝钢汽车用钢开发与应用技术国家重点实验室及通用汽车公司中国研究院合作完成，沈耀教授和刘桂森博士为论文的共同通讯作者，博士生唐骜为第一作者。

       塑性变形是多尺度问题，根据特征长度和影响因素可分为三个尺度：原子(微观)尺度、晶粒(介观)尺度和样品(宏观)尺度。基于塑性变形的介观尺度特征是建立微观结构与宏观力学性能关系重要桥梁的认识，该团队一直致力于以塑性变形介观尺度机制为核心的材料热力过程多尺度计算模拟和实验研究。
       基于数字图像相关法(DIC)的全场应变分布测量，研究人员统计分析了五种代表性材料的局部应变分布，发现了材料局部应变的统计分布服从对数正态分布这一规律(图1)。通过有限元模拟，研究人员进一步证明统计窗口上的变形宏观均匀是该规律成立的前提条件，并给出了宏观均匀的数学定义：窗口内各点的平均应变等于窗口顶点位移计算得到的窗口宏观应变。每种材料均应该存在满足宏观均匀的最小窗口尺寸，它将随材料和变形程度而变化。该规律的发现为材料微观应变分布的统计分析及其与材料变形机制的联系的研究提供了新的方法，也为实验上确定连续介质尺度模拟中代表性体积元（RVE）的合理尺寸和衡量材料协调变形的能力提供了新的思路。
       上述研究得到科学挑战计划、国家自然科学基金委和宝钢汽车用钢开发与应用技术国家重点实验室开放项目的资助。
       论文链接https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.124.155501
       文章来源：上海交通大学
        沈耀，博士，上海交通大学教授，博士生导师。1972年生。1994年清华大学机械工程系本科毕业，分别于1999年和2004年获美国俄亥俄州立大学材料科学与工程系硕士和博士学位。2004年12月进入上海交通大学材料学院工作，2009年1-4月在俄亥俄州立大学材料系、2010年12月-2011年2月在香港大学机械系进行合作研究。在Acta Materialia， Scripta Materialia, J. Mechanics & Physics of Solids, Int. J. Plasticity, Mechanics of Materials, Philosophical Magazine Letters等杂志上发表SCI英文论文20多篇。负责国家自然科学基金项目两项，负责美国因特尔公司、美国通用汽车公司和日本大金公司等国际知名公司横向合作项目多项。