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大工抗核辐射材料长时行为预测研究取得重要进展

作者:姚璐 王缙 来源:运载工程与力学学部 时间:2017-05-18 16:29

近日,我校运载工程与力学学部朱一超副教授和郭旭教授等人关于抗辐射材料长时行为研究的最新成果被固体力学领域最具影响力的学术期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solid(JMPS)发表。该研究成果借助严格的多尺度渐进均匀化方法,将晶界上纳米孔洞(气泡)与材料内因核辐射诱发的点缺陷之间的反应机制有效整合于统一的宏观尺度模型中,能有效预测抗辐射材料的长时行为。

金属在受到高能粒子辐射后,其内部会产生大量点缺陷,点缺陷的运动及之间的相互作用会导致材料宏观几何构型与力学性能发生显著变化。近年来,研究者们围绕如何减少辐射所致点缺陷这一问题,提出了一系列纳米尺度解决方案,能有效提高材料的抗辐射能力。然而,对于工程中更为关心的纳米尺度解决方案对抗辐射材料长时宏观性能的影响,目前尚缺乏有效的宏观尺度预测模型。

朱一超副教授、郭旭教授与合作者们系统地发展了一套三尺度均匀化方法,厘清了纳米尺度解决方案对材料长时宏观性能的影响。与经典模型相比,基于三尺度均匀化方法建立的宏观模型不仅精确描述了孔洞-点缺陷反应对材料宏观性能的影响,而且首次对纳米气泡内由氦原子数目改变导致的局部静水压力梯度变化对点缺陷分布的影响进行了有效刻画。该模型还成功预测了纳米气泡对点缺陷吸收可能会达到饱和状态,并且给出了该饱和状态发生条件的定量数学描述。基于这一模型,他们还提出了通过在晶界上合理分布纳米孔洞/气泡以提高点缺陷吸收效率的优化设计方案。该项研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金应急管理项目等的资助。

根据我国核电“十三五”发展规划,安全高效将是我国未来核电发展长期追求的核心目标。因此,研发可在更严苛辐射条件下仍具备防护功能的新型抗辐射材料具有非常重要的工程应用前景。朱一超副教授、郭旭教授的研究成果为抗核辐射材料长时行为研究提供了宏观尺度预测模型,为该类型材料的研发提供了新方向。

相关介绍:

朱一超副教授于英国牛津大学获得博士学位,曾在香港科技大学从事博士后研究。2016年加入郭旭教授、程耿东院士领衔的工程力学系“结构优化与固体力学前沿”校创新团队。主要研究方向为位错连续统动力学、多尺度均匀化建模与计算。目前已在JMPS上发表了5篇论文,其中4篇以第一作者署名。

全文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509617300480

责任编辑:龙海波

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