延性金属动态损伤演化的材料学表征与研究

高应变率加载下，材料从出现微损伤到完全断裂要经历一个复杂的塑性变形和损伤演化的耦合过程，对这一过程的深入认识，有助于建立损伤演化物理模型以及验证计算机模拟损伤演化过程。目前，用物理力学方法对材料动态损伤演化的研究已取得一定进展，但要更全面地认识材料的动态损伤演化过程，还需要从材料科学的角度加以分析和考察。本项目将以典型延性金属高纯铝作为实验材料，通过设计独特的冲击波加载实验，在微观、细观和宏观尺度上重点研究晶粒度、晶粒取向、晶界、冲击波加载压力以及拉伸时间对损伤演化的影响，从材料学的角度对其影响机理进行系统的表征，并获得相应的微细观表征数据和图表。本项目研究对完善含损伤延性金属的动态本构理论，进一步探明材料动态失效机理，以及促进材料科学、冲击动力学和爆炸力学等学科之间的融合具有重要意义。

本课题对不同微结构的高纯铝（99.999%）样品多晶和双晶进行冲击加载实验，结合样品后自由面速度剖面的实时测量和回收样品的金相表征结果，联合给出了高纯铝多晶的损伤动态演化规律。为了深入认识损伤演化机理，我们对高纯铝多晶样品和双晶样品采用各种材料学表征手段，如金相分析、透射电镜分析(TEM)、电子背散射衍射（EBSD）分析以及同步辐射X射线表征分析等深入细致地分析了损伤各个演化阶段材料的形变状态和损伤的特征，特别关注材料中晶粒的空间取向和晶界对材料动态损伤演化的影响。项目还通过对其他材料的表征与高纯铝的结果做对比，进一步确定了本项目中研究延性金属材料动态损伤方法的可行性，为将来进一步研究其他材料奠定了坚实的基础。通过这一项目的研究，课题组在Journal Applied Physics，Mechanics of Materials，Review of Scientific Instruments等国内外知名期刊上发表文章11篇，其中10篇被SCI收录，1篇被EI收录，以这一项目为基础，申请到一项国家自然科学基金（NSAF联合基金），培养了3名硕士，1名博士，课题组成员参加了多次国内重要会议并在会上宣读报告，2013年在美国西雅图举办的冲击压缩国际会议上也做了报告，课题组高质量地完成了各项研究目标和任务。