北京理工大学陈少华教授应邀来我院讲学

文章来源:发布时间:2020-12-10 10:51:27浏览次数:

 

 

2020127日上午,在土木工程与力学学院A-217学术报告厅,北京理工大学先进结构技术研究院陈少华教授来我院进行学术交流,以“一种表征纳米尺度材料表界面效应的弹性理论及其应用”为题做了一场精彩的学术报告,报告由土木工程与力学学院院长龙志林教授主持,我院师生积极参加了本次活动。

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陈少华教授在简要介绍了自己的主要研究方向后,着重讲解了他在建立纳米尺度材料表界面效应弹性理论方面的研究成果。报告从纳米尺度材料的研究背景、意义与现状出发,根据以往研究中存在的主要问题:G-M表面弹性理论中的表面弹性常数难以确定,陈少华教授带领课题组另辟蹊径,开创性地发展了新的表面效应理论。首先,陈少华教授以面心立方堆积的金属纳米材料表面能密度的尺寸效应为例,介绍了拉格朗日和欧拉表面能密度以及表面弛豫参数的尺寸效应,发现这些量随纳米板厚度的增加均有明显的变化趋势。紧接着,依据变分原理,推导出了纳米固体的平衡方程以及由外荷载和表面效应引发的边界条件,利用微元法直接建立了表面诱发张力和表面能密度的解析关系,从而使该理论是否具有完整可行性的焦点集中在求解表面能密度。为求解表面能密度,他将材料的变形分为弛豫和加载作用下两个部分,成功推导出了表面能密度的拉格朗日描述:由表面原子键的不饱和引起的化学部分和与表面变形相关的结构部分组成,其中各参数均可通过实验或简单的数值计算确定,从而得到了完整可行的纳米材料表面效应弹性理论。最后,为验证该理论的准确性,陈少华教授以纳米薄膜双轴拉伸等效模量的尺寸效应为例,发现新理论下的预测结果与分子动力学结果吻合较好,且弛豫会使纳米薄膜发生硬化。该成果于2014年发表在Appl. Mech。同时,通过将该理论应用于纳米颗粒表面能密度尺寸效应、纳米线弯曲及屈曲行为、纳米多孔材料弹性行为、平面应变纳米接触、轴对称纳米接触和锂离子电池纳米电极的力化耦合问题的研究不仅再次验证了理论模型的准确性而且有了开创性地进展。这些成果于2014~2020年发表在Journal of Nanoscience and NanotechnologySurf. SciMech. Mater等期刊上。

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另外,陈少华教授基于界面能效应弹性理论的研究现状和存在问题还提出了新的基于界面能密度的界面能效应表征理论,分别对晶格和非晶格界面的界面能密度进行了定量表征,且预测结果与实验符合很好。综上,陈少华教授及其课题组针对纳米结构的表、界面效应发展了一种连续介质表征理论框架,预测了不同纳米结构材料力学行为的尺寸效应,揭示了表、界面效应产生软化和硬化现象的力学机理,为发展考虑表面效应的弹性力学理论框架做出了重要突出贡献!