动态裂纹尖端变形场的多尺度原位电子显微镜研究

项目名称： 动态裂纹尖端变形场的多尺度原位电子显微镜研究

项目编号： No.11272142

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 赵春旺

作者单位： 上海海事大学

项目金额： 90万元

中文摘要： 裂纹是固体中一种非常重要的缺陷，它在固体材料的强度、失效以及其他结构敏感性问题中起着至关重要的作用，因而人们倾注了很大的努力希望在纳米尺度以及原子尺度上能准确描述裂纹尖端的变形场和裂纹的动态扩展过程。现有裂纹尖端变形场的理论预测在微米以上尺度与实验结果吻合良好，但是否适用于纳米尺度以及原子尺度还有待实验验证。本项目拟采用电子显微镜原位实验方法研究铜、铝、硅、锗、316不锈钢、钛铝合金等材料中微裂纹的动态扩展过程，获得亚微米尺度、纳米尺度以及原子尺度等多尺度裂纹尖端的电子显微图像，采用几何相位分析和数值云纹方法对裂纹尖端区域的多尺度变形场进行定量测量，与现有的裂纹尖端变形场的理论预测进行比较，对理论解的适用尺度进行验证，确定最恰当的多尺度裂纹尖端变形场的理论预测。结合分子动力学模拟，检验韧性材料中裂纹扩展的位错发射和脆性材料中裂纹的解理扩展机制，检验裂纹形核的位错塞积和位错反应机制。

中文关键词： 裂纹；应变场；位错；几何相位分析；

英文摘要： The crack is a very important defect in the solid. It plays a vital role in the strength, failure and structure sensitivity issues of the solid material. Therefore researchers devoted a great effort for accurately describing the deformation field of the crack tip and the dynamic expansion process of the crack at the nanoscale and atomic scale. Current available theoretical predictions of the deformation field of the crack-tip have been verified to be valid beyond the micron-scale by experiments. But it is still unknown and remains to be verified by experiments if or not the theoretical predictions are applicable at the nanoscale and atomic scale. In this proposal, the dynamic expansion process of the micro-cracks in the copper, aluminum, silicon, germanium, 316 stainless steel, titanium aluminum alloy will be studied experimentally by in-situ electron microscopy. The images of the crack-tip at the sub-micron scale, the nanoscale and the atomic scale will be taken with electron microscope. Geometric phase analysis and numerical moire method will be used for quantitative measurement of deformation fields of crack-tip. Then the experimental deformation fields will be compared with current avialable theoretical predictions of the deformation fields of the crack-tip for verifying the applicative scale of the theoreti

英文关键词： crack；strain field；dislocation；geometric phase analysis；