Menu

部分项目在组织管理、经费使用和成果梳理等方面仍需进一步加强,梯度结构取向效应、原位结构再取向效应和多级

生物体是由材料组成的,力学性能是材料的基本性能指标。不断提高力学性能使其更好地满足实际应用需求是天然与人造材料发展的共同目标,同时也是它们面临的共性难题。在长期的自然选择与进化过程中,天然生物材料的组织结构与力学性能均得到了持续优化,使得生物体实现了对其生存环境的适应,甚至达到巧夺天工的效果。大自然不仅是天才的材料设计师,而且是人类的良师。从材料学与力学的角度揭示自然界中典型生物材料的组织结构以及赋予其优异性能的关键机理,提炼天然与人造材料共性的优化设计原则,能够为高性能人造材料的开发提供宝贵的启示。  近期,中国科学院金属研究所材料疲劳与断裂实验室项目研究员刘增乾和研究员张哲峰与美国加州大学伯克利分校、加州大学河滨分校、加州大学圣地亚哥分校、普渡大学等单位开展合作,在前期对多种典型生物材料的组织结构、力学性能与损伤机制系统研究的基础上,提炼出了若干天然与人造材料性能优化设计的共性原则,主要包括:梯度结构取向效应、原位结构再取向效应和多级“缝合”界面效应。他们揭示了以上设计原则的内在力学原理,并进一步提出了一系列新的力学理论,为新型高性能仿生材料的设计与研发提供了理论指导。  梯度结构取向效应:针对不同生物材料宏观外形与微观组织结构的取向变化,他们首次提出了新型材料组织结构取向梯度(Gradient
Structural
Orientation)的概念与设计原则,从材料力学的角度建立了梯度组织结构取向与刚度、强度、断裂韧性之间的系列定量关系,例如杨氏模量与取向角度之间具有如下定量关系。  在此基础上,他们阐明了梯度结构取向效应实现性能优化的力学原理,提炼了改善材料抵抗接触损伤能力的仿生设计新思路。研究表明:随着微观组织结构取向逐渐偏离所受外力的方向,材料的刚度和强度从表面到内部逐渐降低,而断裂韧性随着裂纹越来越偏离其容易扩展的I型应力面而逐渐增大,从而达到了表面刚强而内部柔韧的效果,有效减轻了接触应力对材料造成的损伤。  原位结构再取向效应:针对天然生物材料的各向异性组织结构,他们首次提出了生物材料通过原位结构再取向(Adaptive
Structural
Reorientation)实现力学性能全面优化的策略与设计原则。研究发现:自然界中的木材、鱼鳞、骨骼等不同生物材料的微观组织结构在拉伸条件下逐渐偏向外力,而在压缩条件下逐渐偏离外力。这种结构再取向效应不仅有利于改善材料的变形能力,而且能够带来不同力学性能的全面同步提升。在拉伸条件下,增强相与应力轴之间夹角的减小有利于提高材料的刚度和强度,同时裂纹的扩展路径逐渐偏离其容易扩展的最大正应力平面,使得材料的断裂韧性得以同步增强;而在压缩条件下,增强相所受的轴向分应力随着取向逐渐偏离外力而降低,并且其所受的横向束缚作用随之增强,这不仅有利于提高材料抵抗微观局部失稳与整体结构失稳的力学稳定性,而且赋予材料优异的劈裂韧性。他们进一步建立了不同力学性能与结构再取向之间的定量关系,例如,材料的劈裂韧性与压缩应变之间具有如下定量关系。  因此,生物材料可以利用原位结构再取向效应全面改善其在不同应力条件下的刚度、强度、力学稳定性与断裂韧性,从而克服这些性能在传统材料设计中常见的相互矛盾的制约关系。  多级“缝合”界面效应:针对颅骨、鱼鳞、穿山甲鳞片等不同生物材料中广泛存在的微观取向不断变化的锯齿形多级“缝合”界面结构(Hierarchical
Suture
Interface),他们从断裂力学的角度建立了评判裂纹与界面相互作用方式以及裂纹扩展路径的基本准则,首次提出多级“缝合”结构能够通过促进裂纹穿过界面而对界面起到增韧作用的新观点,并且揭示了“缝合”结构的微观几何形状和结构级数对界面韧性的影响与作用机理。研究发现:多级“缝合”结构能够促使裂纹与界面之间的夹角偏离其初始入射角度,并且提高裂纹沿界面扩展路径的复杂崎岖程度,从而显著降低驱使裂纹持续沿界面偏转的有效应力强度因子。例如:裂纹尖端促使裂纹穿过界面与沿界面偏转的有效应力强度因子之比为:  多级“缝合”结构使得裂纹更加倾向于穿过界面而不是进入界面扩展,因此对界面起到有效的增韧作用,并且界面的增韧效果会随着锯齿的尖锐程度以及结构级数的增加而显著增强。他们进一步提出了特征临界应力强度因子比值的概念,该参数能够定量反映多级“缝合”结构对界面的增韧效果以及界面的几何形状和结构级数的影响。

2019年第三季度,根据《中华人民共和国产品质量法》等法律法规及浙江省产品质量监督工作的有关规定,绍兴市市场监督管理局组织开展了全市生产领域产品质量发现问题专项监督抽查。经检验,有2批次电线电缆不合格,不合格项目为绝缘机械性能、绝缘失重试验,不合格率0.67%。  序号  产品名称  区域  生产企业  商标  规格/型号  生产日期/批号  综合判定  主要不合格项目  1  电线电缆  嵊州市  嵊州市嘉瑞达电线有限公司  /  60227
IEC 08(RV-90)300/500V
0.5mm?  2019年07月05日  不合格  绝缘机械性能、绝缘失重试验  2  电线电缆  诸暨市  诸暨市黄字电线电缆有限公司  翔鹰  60227
IEC 06(RV)300/500V
1×0.5mm?  2019年08月09日  不合格  绝缘机械性能  3  电线电缆  柯桥区  浙江天洲电线电缆有限公司  天洲  60227
IEC 01(BV)450/750V
1×2.5mm?  2019年03月31日  符合本次监督检查要求  4  电线电缆  柯桥区  绍兴圣祥电缆有限公司  圣祥  60227
IEC 53(RVV)300/500V
2×1mm?  2019年06月03日  符合本次监督检查要求  5  电线电缆  嵊州市  嵊州市东兴金属材料有限公司  /  60227
IEC 06(RV)300/500V
1×0.75mm  2019年05月06日  符合本次监督检查要求  6  电线电缆  上虞区  绍兴上虞电线电缆有限公司  越龙  60227
IEC 01(BV)
1×4mm?  2019年07月16日  符合本次监督检查要求  7  电线电缆  嵊州市  嵊州市亚通电线电器有限公司  /  60227
IEC 06(RV)
0.5mm?  2019年06月  符合本次监督检查要求  8  电线电缆  嵊州市  嵊州市正商电线有限公司  /  AVR
0.3mm?  2019年03月09日  符合本次监督检查要求

由中国科学院合肥物质科学研究院牵头承担的国家重点研发计划“大气污染成因与控制技术研究”重点专项“移动污染源排放快速在线监测技术研发及应用示范”项目2019年度工作总结交流会在南开大学召开。  天津大学陈久斌教授、中科院合肥研究院副院长刘建国、安徽光机所科学家刘文清院士、南开大学毛红钧教授、中国汽车技术研究中心李孟良研究员、天津大学李志军教授、安徽光机所副所长谢品华研究员等技术专家、各课题负责人和部分课题成员出席了会议。  与会专家听取了项目和课题负责人的2019年度工作进展汇报,针对各课题进展情况进行了深入的研讨,为各个课题组的下一步进展计划提出了意见和建议。  会上,刘文清院士作主旨发言,强调科研人员应借助“重点专项”平台,静下心做科研,联合企业掌握核心科技,解决市场在移动源方面难点,实现国产化。项目责任专家陈玖斌教授代表项目管理部门提出,要重点梳理各课题年度进展情况及成果总结,严格按照任务书考核指标进行评估,指出各课题存在的问题和不足,保障明年课题顺利结项。专家组从重点专项总体目标、项目组织管理、成果凝练和存在问题等方面进行了探讨,认为重点专项专项总体进展顺利,多数项目执行良好,已取得了阶段性成果,部分项目在组织管理、经费使用和成果梳理等方面仍需进一步加强。  下一步,团队将认真梳理总结,积极落实专家组意见,持续提升财务管理能力,加强数据分析与目标梳理,强化成果导向,确保实现专项任务目标。

标签:, , , , , , , , , , ,

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

相关文章

网站地图xml地图