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状元彩票官网力学所在多晶材料内耗峰值的尺寸效应研究中取得进展

发布时间:2020/10/22编辑:Ma Liang 人气:1639


阿仪网 实验室动态】振动的琴弦可持续很长时间,而某些材料在没有外部激励时会很快停止振动,两者的差异通常由材料内部的微观结构以及微观结构的耗散导致,物理上称之为“内耗”,即固体振动过程中的能量耗散,表征材料的阻尼性能。作为多晶材料重要的内耗源,晶界力学弛豫会引起内耗。

  1947年,中国科学院院士葛庭燧首创可测量低频内耗的“葛式扭摆”,在多晶铝中发现晶界内耗峰(又称“葛式峰”),并用晶界粘滞性滑动模型给予解释,为“滞弹性”学科点定实验基础。此后,科研工作者们测量了许多多晶材料的内耗谱,但得到差异很大的实验结果,其中有的材料并不出现晶界内耗峰,有的材料则出现多个晶界内耗峰。基于晶界粘性滑动假设的已有理论难以解释这些实验现象。

  近期,中科院力学研究所非线性力学国家重点实验室从微观变形机理出发,就晶界中粘弹性蠕变与扩散耦合,发展了用于描述晶界中粘弹塑性变形的数值方法,以研究多晶体中晶界弛豫引起的内耗。通过建立三维多晶模型,研究团队计算了损耗模量频率谱,发现除晶界切向应力的弛豫会导致损耗谱上产生耗散峰外,晶界法向应力的弛豫也会引起耗散峰的出现。这一双峰弛豫临界频率与晶粒尺寸d 具有不同的幂律关系,其中低频峰临界频率正比于d ^-3,高频峰临界频率正比于 d ^-1。研究两个耗散峰存在条件,发现高频的“葛式峰”由晶界的粘滞性滑移引起,低频峰由晶界的法向弛豫导致。该工作有助于研究晶界内耗峰的物理机制,以及地震波在多孔介质以及颗粒材料传播过程中的衰减。

  相关成果以Scaling of internal dissipation of polycrystalline solids on grain-size and frequency为题,发表在Acta Materialia上,博士研究生段闯闯为论文第一作者。研究得到国家自然科学基金委、中科院以及复杂系统力学卓越创新中心的支持。
三维多晶的内耗峰尺寸效应:(a):Wigner-Seitz 模型。(b):不同晶界体积分数 Φ 下的多晶体的损耗模量频率谱。高频峰对应于“葛式峰”,由晶界的粘滞性滑动引起;低频峰是新发现的耗散峰,由晶界的法向弛豫引起;。(c):两个峰对应的临界频率值与晶界体积分数 Φ 的关系。晶界体积分数 Φ 与晶粒寸尺 d 成反比,低频峰临界频率正比于 d ^-3,高频峰临界频率正比于 d ^-1

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