非線性力學國家重點實驗室

非線性力學國家重點實驗室的前身是成立於1988年6月的非線性連續介質力學開放研究實驗室 (LNM),經過十餘年的建設和發展,在1995年國家評估結果為"優秀”的基礎上,經專家組論證和主管部門--中國科學院的推薦,國家科學技術部於1999年10月批准進行重點實驗室的建設,2001年4月10日LNM通過了專家組的建設驗收。

概述

非線性力學國家重點實驗室非線性力學國家重點實驗室

非線性力學國家重點實驗室(LNM)的前身是成立於1988年的中國科學院力學研究所非線性連續介質力學開放實驗室。LNM於1999年10月被科技部批准建設,2001年4月通過科技部專家組的驗收,正式晉升為國家重點實驗室。2005年3月在重點實驗室評估中LNM獲得良好的成績。現任學術委員會名譽主任為中科院院士鄭哲敏研究員,學術委員會主任為中科院院士白以龍研究員,實驗室主任為何國威研究員。

LNM擁有學術造詣較高的學術帶頭人,形成了老、中、青相結合的結構比較合理的研究隊伍。現有固定人員41名,其中中科院院士2名(其中一人同時為中國工程院院士),國家傑出青年科學基金獲得者5人,中國科學院“百人計畫” 5人,獲得海外青年學者合作研究基金3人,國家人事部等七部委批准的“新世紀百千萬人才工程國家級人選” 3人。LNM制定有35歲以下《青年工作條例》,並設立青年研究基金,其強度相當於國家自然科學基金委青年基金。

LNM堅持貫徹“開放、流動、聯合、競爭”的方針,不斷開拓高層次的國內外學術合作和交流。圍繞戰略目標和學科方向,自1988年來,實驗室共資助21批開放課題。同時完善訪問學者制度,邀請國外著名教授以中科院“愛因斯坦”講座教授和力學所郭永懷訪問教授訪問LNM,並把LNM年輕科研人員送到國外著名大學及研究所進行學術訪問,促進LNM的發展,提升了LNM的學術交流力度和國際知名度。

實驗室經過20年的建設,逐步形成了自己的研究特點:(1)實驗室注意科學研究的原始創新,不盲目跟蹤國際熱點,做有特色的工作;(2)堅持從實驗出發,理論必須通過實驗的驗證;(3)給青年科技工作人員自由發展的空間,創造寬鬆和自由討論的工作環境。在依託單位中國科學院力學研究所的大力支持下,LNM的目標為在非線性力學研究領域成為具有國際影響的、國內領先的、研究條件最好的研究基地之一。

學術委員會

非線性力學國家重點實驗室非線性力學國家重點實驗室

中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室(LNM)學術委員會由院內外學者組成,它是LNM學術評審機構。LNM第六屆學術委員會成員是:
榮譽主任: 鄭哲敏 中科院院士 研究員 中科院力學所
主 任: 白以龍 中科院院士 研究員 中科院力學所
副 主 任: 符 松 教 授 清華大學
魏悅廣 研究員 中科院力學所
委 員(按姓氏拼音排列):
白以龍 中科院院士 研究員 中科院力學所
陳十一 教 授 美國約翰霍普金森大學、北大
杜善義 中科院院士 教 授 哈爾濱工業大學
鄂維南 教 授 美國普林斯頓大學
符 松 教 授 清華大學
高華健 教 授 美國布朗大學
何國威 研究員 中科院力學所
洪友士 研究員 中科院力學所
歐陽鍾燦 中科院院士 研究員 中科院理論物理所
佘振蘇 教 授 北京大學
王鼎盛 中科院院士 研究員 中科院物理所
魏悅廣 研究員 中科院力學所
伍小平 中科院院士 教 授 中國科技大學
楊 衛 中科院院士 教 授 浙江大學
張林波 研究員 中科院計算數學與科學工程計算研究所
趙亞溥 研究員 中科院力學所
鄭哲敏 中科院院士 研究員 中科院力學所
周 敏 教 授 美國喬治亞理工大學
秘 書: 宋 凡 研究員 中科院力學所

學科方向

非線性力學國家重點實驗室非線性力學國家重點實驗室

LNM的中、長期學科方向為如下三個方面:
(1)固體變形、損傷、破壞的非線性力學性質
固體巨觀非線性本構關係;固體微細觀結構與巨觀力學行為的關係;變形、損傷、破壞過程中的非線性動力學現象;高溫與高應變率條件下的力學行為;表面與界面力學。

(2)流體運動的非線性規律
流體中非線性波與渦的發生、傳播、演化及其相互作用;流動穩定性與轉捩的非線性理論;流動的圖案、分叉與混沌;湍流理論,湍流控制與湍流的數值模擬;微尺度流動現象與規律。

(3)材料和環境系統中非線性問題的基本理論和方法。

LNM近期要突出的創新學科方向為:
(1)納米/微米尺度力學和跨尺度關聯
納米/微米尺度力學的理論、實驗及計算;
分子(原子)—細觀—巨觀的跨尺度力學;
跨物質層次的本構、強度、破壞理論與實驗;
固體微結構演化動力學大型計算模擬與材料的微結構設計。

(2)納/微電子機械系統力學
力—熱—電—磁—光等耦合的尺度效應與表面效應;
納/微系統運動規律、控制與失效機理;
納/微系統的計算機輔助設計與虛擬實驗。

(3)多尺度複雜流動的動力學理論與控制原理
複雜流動的非線性演化過程及其動力學理論;
轉捩與湍流的大規模科學計算與流動結構研究;
微尺度和多尺度複雜流動規律與控制的精細實驗研究;
多相流動的基本規律研究與套用。

承擔主要項目


序號 課題名稱 課題類型 負責人 起止時間
1 面向跨微納尺度MEMS設計的建模仿真平台研究 863項目 趙亞溥 2007.08至2009.12
2 微納尺度電驅動高效離子富集器件設計 863項目 李戰 2007.10至2010.06
3 幹細胞靶向納米夾心二氧化矽顆粒控釋藥物製劑研發 863項目 趙亞溥 2008.10至2010.12
4 納米生物醫學感測器及超敏感探測相關基礎研究 973項目 趙亞溥 2007.07至2009.12
5 納米材料與結構物性的檢測技術和方法的研究與標準制定 973項目 張泰華 2006.12至2010.12
6 納米壓入標準樣品的定值 973項目 張泰華 2008.04至2010.12
7 微流控系統介質輸運與控制理論 973項目 李戰華 2007.07至2011.08
8 物理和工程科學中的時空多尺度耦合、統計演化與災變破壞 973項目 何國威 2007.07至2012.12
9 複雜系統的建模、演化與調控 國家科技重大專項 張星 2007.01至2010.12
10 熱衝擊條件下超高溫陶瓷ZrB2-SiC的強韌化機制研究 國家自然科學基金 宋凡 2008.01至2010.12
11 納米晶的疲勞力學行為的研究 國家自然科學基金 湯奇恆 2009.01至2011.12
12 壓入蠕變表征方法的研究 國家自然科學基金 張泰華 2009.01至2011.12
13 用界面解析的DNS方法研究兩相槽道湍流 國家自然科學基金 張星 2009.01至2011.12
14 亞微米/納米尺度液體流動測量裝置於實驗技術 國家自然科學基金 李戰華 2009.01至2011.12
15 衝擊載荷下塊體非晶合金層裂行為研究 國家自然科學基金 凌中 2009.01至2011.12
16 湍流作用下雲滴碰撞凝聚的多尺度方法 國家自然科學基金 海外青學者合作基金 何國威 2007.01至2009.12
17 衝擊動力學與新型材料力學性能 國家自然科學基金 傑出青年基金 戴蘭宏 2008.01至2011.12
18 生物粘附中的幾個力學相關的問題 國家自然科學基金 面上項目 陳少華 2007.01至2009.12
19 微尺度低維材料的若干關鍵力學檢測技術 國家自然科學基金 面上項目 郇勇 2007.01至2009.12
20 微/納米尺度結構表面的滑移特性 國家自然科學基金 面上項目 李戰華 2007.01至2009.12
21 昆蟲翼材料的結構和力學性能研究 國家自然科學基金 面上項目 宋凡 2007.01至2009.12
22 採用薄膜撕裂方法模擬和測量微納米厚度薄膜的界面粘結能 國家自然科學基金 面上項目 魏悅廣 2007.01至2009.12
23 顆粒--流體二相湍流大渦模擬的顆粒亞格子模型 國家自然科學基金 青年基金 晉國棟 2008.01至2010.12
24 納微米材料有限溫度準靜態變形的自適應模擬方法 國家自然科學基金 面上項目 汪海英 2008.01至2010.12
25 微生化感測器表面應力的起源及其表征 國家自然科學基金 面上項目 趙亞溥 2008.01至2011.12
26 液體表面張力和接觸的尺度效應 國家自然科學基金 面上項目 朱如曾 2008.01至2011.12
27 疏水力矢量網路對蛋白-蛋白相互作用的影響 國家自然科學基金 面上項目 劉鑫 2008.01至2011.12
28 低合金鋼超高周疲勞若干基本問題的實驗研究 國家自然科學基金 面上項目 洪友士 2008.01至2011.12
29 珍珠母界面微結構、力學性能和仿生研究 國家自然科學基金 青年基金 許向紅 2009.01至2011.12
30 納米薄膜彈性模量的尺度效應及其物理機制 國家自然科學基金 青年基金 梁立紅 2009.01至2011.12
31 考慮界面效應顆粒增強金屬基複合材料尺度效應研究 國家自然科學基金 青年基金 馬寒松 2008.01至2010.12
32 高溫環境下材料及結構的層裂及熱防護研究 國家自然科學基金 重大項目 魏悅廣 2009.01至2011.12
33 工程材料非線性損傷累計誘致災變破壞的機理 國家自然科學基金 重大項目 夏蒙棼 2008.01至2011.12
34 近空間飛行器的關鍵基礎科學問題 國家自然科學基金 重大項目 宋凡 2008.01至2011.12
35 高效熱電材料及其套用中的關鍵力學問題研究 國家自然科學基金 重點項目 凌中 2009.01至2011.12
36 水中懸浮隧道的關鍵力學問題研究 國家自然科學基金 重點項目 洪友士 2006.01至2009.12
37 以數值計算為基礎的超聲速及高超聲速邊界轉捩及湍流研究 國家自然科學基金 重點項目 李新亮 2007.01至2010.12
38 天然生物材料的多尺度力學與仿生研究-1 國家自然科學基金 重點項目 陳少華 2008.01至2010.12
39 天然生物材料的多尺度力學與仿生研究 國家自然科學基金 重點項目 宋凡 2008.01至2011.12
40 複雜邊界湍流大渦模擬的理論和方法 國家自然科學基金 重點項目 何國威 2008.01至2011.12
41 研究生創新項目 省部級項目 郇勇 2006.06至2009.09
42 金屬材料超高周疲勞行為的實驗研究 省部級項目 洪友士 2007.01至2009.12
43 固體的微尺度塑性及微尺度斷裂研究 省部級項目 魏悅廣 2009.05至2011.12
44 加卸載回響比套用於地震預測的數值研究 省部級項目 尹祥礎 2009.06至2011.12
45 超高溫陶瓷的熱震破壞機制研究 省部級項目 許向紅 2009.01至2011.12
46 基於微液滴的微流控系統基礎理論研究 省部級項目 胡國慶 2009.01至2012.12
47 MEMS/NEMS相關力學問題研究 院項目-百人計畫 趙亞溥 2007.01至2010.12
48 儀器化納米壓入國家標準的研究 院項目-創新項目 張泰華 2007.01至2009.12
49 納米尺度力學行為的測定、表征及尺度效應 院項目-創新項目 魏悅廣 2006.10至2010.12
50 耐高溫材料與構件製備、加工和連線技術 院項目-創新項目 武曉雷 2007.09至2010.12
51 水中懸浮隧道水動力及結構安全性的試驗與理論研究 院項目-創新項目 洪友士 2008.09至2011.09
52 小角X射線同步輻射原位探測裝置子課題 院項目-裝備項目 郇勇 2008.09至2010.09

科研成果

科研成果科研成果

湍流的時空關聯理論及其套用
湍流是流體力學的核心問題之一,經典的科爾莫格洛夫理論指出湍流的能量譜滿足-5/3的標度律,解決了湍流能量在不同空間尺度上的分布問題。在此基礎上,美國科學院院士柯雷欽勒發展了均勻各向同性湍流的時空關聯模型,得到了湍流能量在不同時間尺度上的分布規律。但是這些結論並不適用於現實世界的剪下湍流。將均勻各向同性湍流的結果發展到剪下湍流是一個十分困難但又具有重大意義的問題。何國威研究員課題組的工作發展了剪下湍流的時空關聯理論。

一、何國威研究員課題組發展了剪下湍流的歐拉速度時空關聯的橢圓模型,該模型指出剪下湍流的歐拉速度時空關聯可以由歐拉速度的空間關聯和兩個特徵速度表示。該模型的理論基礎是對時空關聯等位線的二次逼近,而經典的泰勒凍結假定是對時空關聯等位線的線性逼近。在此基礎上,我們發展了剪下湍流的拉格朗日速度時空關聯的相似模型,並解釋了一個長期存在爭議的基本問題:拉格朗日速度的去關聯時間要小於歐拉速度的去關聯時間。剪下湍流的時空關聯理論給出了將均勻各向同性湍流的解析理論推廣到剪下湍流的一個關鍵性的物理量:速度時空關聯的特徵時間。套用該理論,我們得到了湍流噪聲譜的標度律,並發展了大渦模擬計算氣動噪聲kinematic亞格子模型。最近的湍流實驗也驗證了我們的模型。剪下湍流時空關聯理論的主要結果發表於 Phys.Rev.E 79, 046319 (2009) 和 80, 066313 (2009) ,並被2009年歐洲第五屆Synthetic Turbulence會議的張貼通知上列為邀請報告,何國威研究員因此當選為美國航空航天學會(AIAA)的Associate Fellow。

二、塊體金屬玻璃的剪下帶形成機制
由於長程無序、短程有序,無晶界、位錯的結構特徵,塊體金屬玻璃具有一系列優異的力學、物理和化學性能,在國防、空天等領域顯示出了廣闊的套用前景。但是,塊體金屬玻璃在室溫下的塑性變形極易形成納米尺度的剪下帶,導致在災變破壞前表現出非常有限的巨觀延性,極大地限制了這類材料的廣泛套用。此外,基於位錯滑移機制的經典塑性理論無法來描述這類微結構無序材料的(局部化)塑性行為。因此,揭示金屬玻璃中剪下帶的形成機制或者物理起源具有十分重要的工程意義和學術價值。國際上對於金屬玻璃中剪下帶的形成機制-自由體積軟化還是熱軟化?-存在相當尖銳的爭議(F.Spaepen, Must shear band be hot? Nature Mater 2006)。

戴蘭宏研究員課題組圍繞此問題進行了系統研究,主要成果為:(1)建立了表征金屬玻璃自由體積-熱-粘塑性剪下流動的控制方程組,得到了具有明確物理內涵的剪下失穩判據,揭示出金屬玻璃中的剪下帶起源於一系列原子團簇的“剪下轉變區(shear transformation zone, STZ)”運動導致的自由體積局部軟化,絕熱軟化作為耦合的二次效應在高應變率時起輔助促進作用,並快速誘導微觀尺度的延性斷裂;(2)在韌性金屬玻璃體系中發現納米尺度周期條痕到微分叉的動態斷裂不穩定行為,並得到其臨界條件;(3)提出了一種新的原子團簇運動,即“拉伸轉變區(tension transformation zone, TTZ)”,作為準解理斷裂的元過程,揭示出金屬玻璃在斷裂過程中的能量耗散機制是“STZ”和“TTZ”兩個耦合過程的固有競爭。

研究結果已發表在J Mech Phys Solids, Phys Rev B, Appl Phys Lett, Acta Mater, Phil Mag等期刊,得到日本東北大學A Inoue教授,英國劍橋大學AL Greer教授,加利福尼亞大學MA Meyers教授等重點引用。其中,發表在Appl Phys Lett上關於剪下失穩判據的工作被MA Meyers教授用於解釋他們的實驗現象(Acta Mater 2008),日本東京大學H Tanaka教授將我們發表在Mater Chem Phys上關於自由體積聚集孔洞的現象來驗證他們的模擬結果(Nature Mater 2009),發表在Phil Mag上關於TTZ概念和斷裂能量耗散機制的工作被A Inoue教授等引用來解釋他們的實驗現象(Scripta Mater 2009),印度理學院U Ramamuty教授基於我們的TTZ概念進一步提出一個金屬玻璃斷裂的韌脆轉變模型(Acta Mater 2009)。戴蘭宏研究員應邀分別在DYMAT 2009、Thermec’s 2009、the 1st workshop on future research directions in bulk metallic glass國際會議以及香山科學會議上作邀請報告,介紹我們在塊體金屬玻璃剪下帶和斷裂方面的工作。蔣敏強博士獲得由英國《Phil Mag》和麥克斯韋基金會聯合頒發的2008年度“麥克斯韋青年作者獎”。

研究進展

l 非線性力學課題組(負責人:白以龍)
執行973計畫“非線性科學”中的子項“斑圖動力學”,用實驗和數值模擬方法研究關於斑圖動力學的“臨界敏感性”概念,揭示了非均勻介質在變形過程中的能量釋放率的變化,突變破壞的幕律等現象。執行自然科學基金重點項目“微-納米尺度力學行為測量中的若干基本力學問題研究”(10342050)。建立分子表象的描述和分析。開展測針在接近液體表面過程中的受力過程的分析,闡明了液面突跳時的臨界特徵。發展了分子模型的快速收斂方法,並對原子力顯微鏡和納米硬度的典型測量過程中針尖下樣品的原子狀態進行分子表象的描述和分析。

受自然科學基金項目“統計細觀損傷力學中的封閉近似和微損傷耦合效應”的資助,開展了變荷載作用下材料內微損傷演化的實驗及理論研究,發展了廣義的驅動閥值模型,並將其用於層裂過程的分析。
(l )細觀力學和微尺度力學課題組(負責人:王自強)
陳少華小組:
對多種薄膜—基底系統進行了納米壓痕實驗,並對實驗結果進行了分析。給出了基底對系統硬度產生影響時,壓入深度與薄膜厚度的比值約為0.75。、對多層包裝材料中的界面裂紋進行了理論分析,得到了有限尺寸對裂紋應力強度因子的影響及T應力的影響。考慮壓頭尖端曲率半徑,利用經典理論,對微壓痕實驗進行了有限元數值模擬。計算結果表明壓入深度較小時,材料硬度的提高並非由於壓頭曲率半徑的影響,相反,曲率半徑會使壓痕硬度降低。利用一個簡單的模型,即含裂紋的有限寬頻條,討論缺陷不敏感性及相聯繫的一些概念,最終發現條帶的寬度可能存在一個臨界尺寸,當條頻寬度小於該臨界尺寸時,裂紋不可能發生擴展破壞,而是裂紋前方的應力均勻達到材料的理論強度而斷開,此時材料有缺陷不敏感特性。通過力學模型分析細胞重新排列方向的可能性,並解釋實驗中發現的兩個臨界值。
(2)納/微系統力學與物理力學課題組(負責人:趙亞溥)
成功地開展了基於BR蛋白光驅動質子泵可控納米雜交器件的實驗研究,論文被國際重要期刊《Nanotechnology》正式錄用。研究了納米薄膜的彈性模量的尺度效應:建立了一個三維的納米薄膜晶格模型,並計入了表面弛豫的影響。對得到的非零彈性常數尺寸效應的討論證實了該模型更具一般性。該論文發表在重要國際期刊:“Journal of Applied Physics, 98: 074306 (2005).”分析了兩種重要的分子力(范德華和Casimir力)對NEMS致動器的失穩的影響。對其控制方程作定性分析可以得到其相應自治系統的中心點、焦點以及鞍點,在相平面上存在同(異)宿軌道和周期軌道,另外該系統還存在Hopf以及叉型分岔。相關結果發表後,被重要國際期刊Phys. Rev. B當年多次引用。
朱如曾小組的研究進展
1. 納米銅團簇凝結規律的分子動力學研究
指導博士生楊全文採用分子動力學方法對包含147、309和561個原子數的液態納米銅團簇凝結過程進行模擬研究,結果表明降溫速率及團簇原子數對凝結得到常溫下的固態團簇結構有重要影響:降溫速度越慢,團簇原子數越少,凝結得到銅團簇越傾向生成二十面體結構,反之在模擬時間內則傾向生成面心立方結構,並探討了該現象的形成原因.有關結果發表在《物理學報》, 2005, 54(9):4245-4250。(SCI係數1.130)

2. 納米尺度自由圓柱形液體及其與固體接觸現象的理論分析與分子動力學模擬相結合研究
指導碩士生魏久安得到如下結果:
(1)按照Gibbs毛細理論推導了圓柱形液體Gibbs張力表面的半徑所滿足的代數方程。提供了用切向壓力表示Gibbs張力表面的曲率半徑和對應的表面張力的公式。這些公式適用於圓柱形自由液體(下稱模型I)和與固體接觸的圓柱形液體(下稱模型II)的圓柱部分。

(2)對氬的模型(I)和模型(II),在溫度90K和102K下,採用L-J勢進行了若干種不同原子數的分子動力學模擬。通過模擬和計算相結合得到了Gibbs張力表面以及其表面張力。兩種模型的模擬結果都表明Laplace附加壓強公式在納米尺度下仍然適用;並且Gibbs張力表面都落在液氣過渡區裡面;隨著模擬體系的粒子數增多,液體內部均勻區域增大,Gibbs張力表面上Laplace公式的適用程度更加良好,這符合理論預期。

(3)從對氬的具有不同參數的模型(II)的Gibbs張力表面圖上觀測了巨觀接觸角 。將觀察到的 與Young公式的近似形式得到的 進行對比,表明Young公式的近似形式在納米尺度下的適用性不好,並分析了物理原因。

(4)對於超出Gibbs毛細理論之外的納觀接觸角問題,本課題從對氬的具有不同參數的模型(II)的Gibbs張力表面圖上觀測到納觀尺度上的角度形態,從而深化了對納觀接觸角的認識。分析指出了以往文獻中對納觀接觸角的錯誤觀點,並發現已知的納觀接觸角的近似計算公式的結果與觀測結果很不吻合,且理論近似值出現明顯非物理的數值。這啟示我們對近似理論進行修正,從而得到了較滿意的新近似公式。

部分結果已被“中國數學力學物理學高新技術交叉研究學會第11屆學術年會”(2006)錄用
3. 貝類粘著的分子動力學模擬研究
參加趙亞溥領導的“貝類粘著的分子動力學模擬研究”的部分理論分析工作。論文已發表在《Materials Science and Engineering A》上(2005,409:160-166)(SCI係數1.445)

凌中小組的研究進展:
啟動國家自然科學基金委面上項目《微孔Al2O3陶瓷的納微力學行為與實驗表征》工作:
結合上一基金項目研究內容,在納米壓痕實驗結果的基礎5上繼續研究了Al2O3/SiCnano 陶瓷複合材料的微納尺度力學行為與材料微結構尺度的相關性,著重探討兩相複合材料的非均勻性質對於壓痕實驗結果的影響;通過實驗數據分析獲得採用納米壓痕儀器量測的複合材料的彈性性質,結果與理論結果非常接近。該研究結果為進行新的基金項目中涉及到的微孔Al2O3陶瓷材料的微結構效應的研究打下基礎;

對於三種晶粒尺寸的微孔Al2O3陶瓷材料進行初步的納米壓痕實驗,探討加卸載過程中非密實材料的力學回響;初步研究結果表明,微結構效應在載入過程中較明顯,尤其是小尺寸晶粒的微孔材料;而在卸載時,回響總是彈性的,微孔的影響很難在巨觀力-位移曲線上得到;選擇一含有規則微孔(孔徑為20nm)的氧化鋁薄膜為研究材料,探討在淺壓痕實驗中該材料的力學回響。

l、 材料力學性能與內部結構課題組(負責人:洪友士)
利用表面機械研磨,即一種劇烈塑性變形方法,使高純塊體Co (晶粒尺度~30mm)的表層組織細化至納米晶粒。利用TEM/HRTEM觀察,揭示了低層錯能HCP-Co和FCC-Co的塑性變形機制。利用高分辨TEM研究了納米鎳(NC-Ni)在室溫和液氮溫度的拉伸變形機制,在實驗中拉伸應力狀態下觀察到PDMPs(Partial dislocation Mediated Processes)。表明NC-Ni流變應力具有溫度及應變速率敏感性,局部應力控制晶界原子結構的鬆弛和點陣重排。Al固溶體經歷強烈塑性變形時,應變誘導晶粒細化至納米尺度。高分辨TEM觀察表明,晶界及其附近位錯密度比晶內高1-2個量級,晶界處可形成複雜位錯組態,高密度位錯區可能形成局部非晶化。

設計並加工了在材料試驗機上使用的高壓扭轉(一種劇烈塑性變形方法)夾持裝置,並獲得了不同變形量的試樣。利用電子背散射衍射獲得了處理後純銅試樣上晶粒尺寸沿徑向的分布。表明晶粒細化程度隨應變數的增大而增強,並和Stuwe等效應變之間存在冪函式關係。在水中懸浮隧道(SFT)力學問題研究方面:給出了纜索系統及其與SFT管體耦合的渦激振動回響規律,和SFT重浮比變化相應的動力回響變化特徵;表明了曲線形SFT結構幾何參數對溫度內力的影響規律,以及波浪場作用下曲線形SFT的動力回響程度。
武曉雷小組的研究進展
在納米金屬塑性變形機制方面,取得以下研究結果:

1. 研究了納米金屬Ni的塑性變形機制,闡明了三種孿生變形方式;
2. 對納米金屬Ni進行多種變形實驗,研究了塑性變形機制的尺度效應,揭示了不全位錯控制的塑性變形機制及其影響因素;
3. 研究了低層錯能金屬Co兩種晶體結構(FCC與HCP)的塑性變形機制,在超細與納米晶粒中均觀察到層錯,表明不全位錯為媒介的變形過程可在跨尺度範圍存在。

l 微米/納米尺度及複雜固體力學課題組(負責人:魏悅廣)
1、實現了微米厚度薄膜及界面性能的直接實驗測量
文獻中報導的已有的薄膜撕裂實驗主要是針對百微米至毫米厚度薄膜而進行的,並在薄膜與基體之間有一膠層。為了將撕裂試驗方法套用到微/納米厚度薄膜的測量上,基於一種微型拉、壓、彎多功能試驗機,通過設計加工配製了萬向夾頭,同時購制了一微型感測器,實現了微/納米尺度測量的目標。
2、實現了無膠層微米厚鍍膜/基體界面性能的直接實驗測量
以往針對薄膜/基體體系的撕裂實驗,在薄膜和基體之間存在一膠層,這在一定程度上限制了該實驗對微/納米厚度或更小厚度薄膜的套用。我們成功地實現了對陶瓷基上銅鍍膜的直接實驗測量。
3、薄膜/基體界面行為的分子動力學模擬
當薄膜厚度為納米尺度時,採用分子動力學方法模擬了薄膜撕裂實驗過程,所模擬出的能量釋放率隨載入位移的變化特徵與微米膜厚的實驗測量結果非常相似。撕裂實驗的分子動力學模擬結果展現了一個重要的結論:界面穩態斷裂時,能量釋放率遠大於形成界面的斷裂能,剩餘能量被原子運動所耗散。
l 材料力學性能最佳化設計課題組(負責人:梁乃剛
1. 基本完成了自然科學基金委重點基金《損傷積累統計和地震預測》2005年的計畫。在地震預測方面有重要進展。由於長期的基礎研究(包括統計細觀損傷力學、實驗研究及數值模擬),超級計算的支持以及在加卸載回響比理論方面的不懈努力(程式的改進、參數的調整、經驗的積累等),用加卸載回響比對未來一年左右時間尺度(中期預測)強震發生地點上,有很大的提高。例如2005年1月1日至12月5日,在中國大陸發生了13個Ms≥5.0地震,其中12個落在我們於2004年底的加卸載回響比預測區內。
2005年10月8日,南亞歷史上二十年來最大的一次地震(Lat= 34.37; Lon= 73.47;Depth= 12.km, M7.6)襲擊了巴基斯坦北部地區,造成了8萬多人死亡,震驚了全世界。對這次巴基斯坦地震,我們用加卸載回響比理論作出了明確的中期預測。早在2003年底,我們就開始著手進行歐亞地震帶(30°-50°N,30°-90°E)的加卸載回響比地震趨勢的研究,目標是預測該地區的大地震。2004年3月,利用歐亞地震帶地區2001 -2003年的地震數據資料,在中國科學院計算機網路信息中心超級計算中心聯想深騰6800超級計算機上,進行了加卸載回響比空間掃描計算。掃描結果發現一個很大的加卸載回響比異常區。根據掃描結果,我們預測:“阿富汗及其鄰國的加卸載回響比持續為高值,所以該地區未來1-2年內發生大地震的可能性很大”。2004年4月6日發生在阿富汗東北部的6.8級強烈地震(Hindu KUSH Region,Afghanistan,Lat=36.59°, Lon=70.85°)。2005年10月8日,在上述異常區內發生了這次巴基斯坦M7.6地震。
最後,2005年在的非均勻脆性介質的災變破壞問題認識上有進步的深化通過統計細觀損傷力學、實驗研究及數值模擬研究,初步匯集到一個結論:即本構曲線、時程曲線的峰值點的一致性。它與地震的成核也是一致的。這點可能是未來提高地震預測精度的重要方向。
2.國家重點基礎研究發展規劃項目《災害環境下重大工程安全性的基礎研究》分項的進展順利。提出了模擬岩石堆積結構變形損傷破壞的新模型與新方法,旨在發展模擬地震形成發生條件的系統軟體。提出了模擬顆粒介質的微觀力學模型——廣義鏈網模型。 導出了顆粒剛體轉角和微觀轉角的微觀表達式。研究了分別由巨觀試件特徵尺寸和顆粒尺寸導致的尺度效應與局部損傷破壞的全局效應,編制配的數值計算程式,並與離散元和實驗結果進行了對比。
申請並獲得國家自然科學基金委面上基金《基於材料微結構及其演化的彈塑性損傷本構理論》。在預研中,基於“對泛函勢”理論,提出了一種新的材料模型——“取向元組集模型”,該模型能模擬材料從彈性變形,塑性變形直至損傷破壞全過程的力學行為。對變形損傷所誘導材料各向異性的描述是傳統連續介質力學的一個難點,而本模型對各向異性的描述具有物理概念清楚
與計算簡明高效的特點。目前,“取向元組集模型”的基本理論框架已基本完成,並開發出了彈脆性損傷破壞和彈塑性損傷破壞程式,與典型實驗初步比較結果符合較好。
開發了“取向元組集模型”的三維數值軟體,並著手模型模組與商業軟體的集成工作,為今後的推廣與套用創造條件。
完成了院知識創新工程二期重大創新方-‘工藝與力學’課題的研究任務,通過雷射熱場變化過程中材料相組織與微結構演化規律的研究,引入了連續多重相變模型;系統分析了脈衝雷射作用下球墨鑄鐵模具的微結構演化,得到了雷射時空特性、材料非均勻性等因素對雷射致材料表面強化及終態組織分布的影響規律,提出了模具雷射表面硬化工藝圖。
l 材料衝擊動力學與新型材料力學性能研究組(兼LNM公共實驗組)
(負責人:戴蘭宏)
一、實驗室工作方面
主持負責05年LNM裝備項目“原位納米尺度力學測試分析系統”的項目裝備商家調研、談判、契約簽訂(掃描探針顯微鏡部分);
主持負責LNM實驗系統技術崗位人員的招聘工作;
起草力學所衝擊動力學實驗研究平台十一五裝備發展規劃報告;
LNM公共實驗組日常運行管理。
二、科研工作與人才培養
聯合主持國家自然基金重點項目“強動載荷下金屬的流體彈塑性回響研究”、主持國家自然科學基金面上項目“探索大塊金屬玻璃剪下帶形成機制”。在國防科工委空間碎片十一五專題研究計畫中,爭取到一項目“新型梯度複合Whipple空間防護結構的研究“的立項,目前該項目已通過可行性論證。
l 微尺度流動研究及複雜流動實驗課題組(負責人:李戰華
李戰華小組
1. 準備中科院知識創新工程重要方向項目“微系統力學”(KJCX2-SW-L2) 和國家基金(10272107)結題,開展以下工作:微尺度管流的粘性熱耗散研究;納米流體擴散特性的研究等。
2. 開展MicroPIV的實驗裝備研製,目前部件已定購,正在調試階段。
施紅輝小組
在國內首次實現了氣/液界面上的Richtmyer-Meshkov不穩定性的實驗,獲得了不同馬赫數下尖釘和氣泡增長的定量實驗數據,整理的論文正在向相關雜誌投稿。中科院力學所LNM提出的流體界面上RM不穩定性的研究思路,被中國工程物理研究院列為2005年度中物院與國家自然科學基金聯合申請項目;
1. 水下超聲速氣體射流的研究,在去年的研究結果的基礎上,今年實現了流場可視化與脈動壓力的同步測量,進一步確認了流體振盪的機理及其頻率,這在國際上還是第一次;
2. 研究了超聲速液體射流的氣動特性,分析了激波脫體距離與射流馬赫數的關係。研究了非牛頓流體在超聲速氣流中霧化過程,分析了伸長粘度在具體實驗條件下所起的作用。
l 複雜流動的多尺度模型與數值模擬課題組(負責人:何國威)
(1) 映射封閉逼近(MCA):MCA是一個演繹性的解析理論,我們發展的映射封閉逼近方法正確地描述擴散過程中機率密度函式形狀和速率的演化,由此得到了化學反應流的分子擴散模型。在此基礎上,我們發展完全封閉的湍流混合和反應的方程組。
(2) 大渦模擬的時間關聯:在均勻各向同性湍流的基礎上,我們發展了剪下湍流的時間關聯模型,數值模擬初步驗證了該模型。
(3)納微流動的混合算法:以朗之萬方程為基礎,發展了適合滑移邊界庫愛特流的混合算法。
l 凌國燦研究組(學術顧問)
用DNS研究並獲得了展向不同擾動對尾跡型剪下流中渦量分布的影響。從渦量場從展向向流向及垂向的重要顯著轉變闡明了鏇渦位錯的實質及動力學。刻畫了扭曲鏈式及由鏇渦撕裂/再聯組成的周期性大尺度圖斑狀位錯兩類不同的位錯結構,用子波分析及POD分解分析了流動演化的非線性及轉捩性態。研究結果應邀在2005年6月第3屆MIT計算流體與固體力學大會“Vortex Dominated Flow ”Mini-symposium 上作Key Note Lecture,獲得好評和對報告的感謝。報告題為:“具有不同展向不均勻性的尾跡型流動中的二類鏇渦位錯數值分析”。
應邀在2005年英文專著“Vortex Dominated Flows”(editors: Denis Blackmore, Egon Krause, Chee Tung, published by World Scientific)撰寫第九章“A Numerical Analysis of Vortex Dislocation in Wake-type Flow with Different Spanwise Nonuniformity”(此卷為“A Volume Celebrating Lu Ting’s 80th Birthday”), 闡述了我們最新關於鏇渦位錯的主要結果。

學術交流

1. 趙亞溥研究員擔任2005年度中國力學大會“MEMS/NEMS分會”的主席;受到ICMAT的E組(約150人)、中國微米/納米技術第七屆學術年會和中國納米科技西安研討會(約400多人)的邀請。

2.施紅輝研究員於2005年9月14~24日應邀前往加拿大多倫多大學航天科學研究所,作題為“Underwater supersonic gas jet”的Aerospace Seminar;之後前往麥吉爾大學機械工程系作題為“Richtmyer-Meshkov Instability at a Gas/Liquid Interface”的學術報告,獲得了國際同行的高度評價;2005年7月17-22日出席在Bangalore, India 舉行的Proc. 25th Int. Symp. on Shock Waves ,所作告題目為:“Hydrodynamic effect associated with shock-cell structure in underwater supersonic gas jet”和“Non-Newtonian supersonic liquid jets”。

3.戴蘭宏研究員在美國Harvard做訪問學者。

4.凌國燦研究員於2005年6月第3屆MIT計算流體與固體力學大會“Vortex Dominated Flow ”Mini-symposium 上作Key Note Lecture,獲得好評和對報告的感謝。報告題為:“具有不同展向不均勻性的尾跡型流動中的二類鏇渦位錯數值分析”(Numerical analysis of two distinct types of vortex dislocations in wake type flows with different spanwise nonuniformities)

5.何國威研究員出席在Chicago 舉辦的APS 2005 annual meeting on fluid mechanics.

6.魏悅廣研究員於2005年6月27~30日,在北京成功主辦國際理論與套用力學聯合會(IUTAM)的高級研討會:Mechanical Behavior and Micromechanics of Nanostructured Materials. June 27-30, 2005, Beijing, PR China ;出席6月中旬在武漢舉行的China-UK Workshop on Nanoscale Stress Measurement and Modelling in Nanomaterials and Nanosystems,邀請報告題目為“multiscale model for the ductile fracture of crystalline materials”;出席6月下旬在北京舉行的IUTAM Symposium Beijing 2005, 邀請報告題目為“Modeling and measurement of interface behavior in metal thin film peeling along ceramic substrate”。

7.陳少華副研究員於2003年10月至2005年10月在德國馬普所訪問學者;於2005年10月14-16日出席在浙江杭州舉行的固體力學青年學者研討會,邀請報告題目為“微尺度力學及生物力學中幾個典型問題的介紹”。

8.武曉雷研究員參加the 3rd International Conference on Nanostructured Materials by Severe Plastic Deformation, Fukuoka, Sept 23-26, Japan;於2005年9月26日-10月4日去仙台日本東北大學金屬材料研究所工作交流;於5月17-20日受香港求搓基金會高級研究協會資助邀請參加“Frontier Research on Nano-mechanics II”研討會;於 8月11-14日參加在承德舉辦的“第二屆中丹納米材料與塑性變形雙邊學術會議”。

9.李新亮副研究員去日本訪問

10.白以龍院士主持了6月27-30日在北京舉行的國際會議:The IUTAM Symposium on "Mechanical behavior and micro-mechanics of nanostructured materials";出席10月份在南京舉行的Proceedings of ICMEM 2005(International Conference on Mechanical Engineering and Mechanics),特邀報告題目為 “damage Localization –a precursor to falire ”;出席6月在北京召開的Nanocomposites & Nanomechanics Sub-Conference within the 2005 China International Conference on Nanoscience and Technology (ChinaNano2005),特邀報告題目“Nano-mechanics between Tip and Sample”;出席了6月在北京舉行的The IUTAM Symposium on "Mechanical behavior and micro-mechanics of nanostructured materials,邀請報告題目為“Cluster Statistical thermodynamics - a Novel Method to Calculate Solid Deformation at Finite Temperature”;出席了7月在, Montreal,Canada舉行的學術會議,報告題目為 “Deborah numbers”, coupling multiple space and time scales and governing damage evolution to failure”; 2005年4月1在清華大學固體力學所做題目為“開拓固體力學的新邊疆”的報告;9月8日在中國科學院研究生院做“會猜會做”的報告;11月25日在清華大學固體力學研究所做“損傷演化誘致破壞的臨界敏感性的特徵規律”的報告。

11. 李戰華研究員於Oct.9-13出席了在9th Intel. Conf. on Miniaturized Systems for Chem. & Life Sciences. Boston, USA,報告題目為“Gas actuated micro-jet pump for microfluidic system”;於June 13-15出席了ICMM2005 3rd International Conference on Microchannels and Minichannels, Toronto, Ontario, Canada,報告題目為“The effects of viscous heating and The Pressure-dependent viscosity on liquid flow in microtubes” 於May 23-26出席了8TH Asian Symposium on Visualization (8AVS), Thailand,報告題目為“Velocity measurement of whole flow field in a microchannel”。

學術報告

序號 日期 報告人 題目
1 1月6日 杜善義 院士 哈爾濱工業大學 航空航天新材料和力學
2 3月10日 雷興林 教授 日本產業技術綜合研究所 岩石脆性破壞的階段性及多級性特徵與非線性模型
3 3月11日 陳宜亨 教授 西安交通大學建力學院院長、全國人大代表 Singularities and near-tip field intensity factors of interface cracks between disimilar piezoelectric materials, metal/piezoelectric bimaterials and polymer/piezoelectric bi-materials
4 3月21日 董剛教授 南京理工大學 燃燒的大渦模擬
5 3月25日 中林功一教授 日本名古屋工業大學名譽教授、 愛知工科大學 1.Characteristics of disturbances in the laminar-turbulent transition of spherical Couette flow;
2.Accurate wet-type centrifugal classification using an almost rigidly rotating flow-classification principle and performance.
6 4月4日 孫博華 教授 南非開普半島技術大學 雙壓電薄膜微機電系統加速度和壓力感測器的力學、敏感度、噪聲和解析度分析
7 4月29日 Professor Pin Tong (董平 教授) La jolla, California, USA A Charge-Free Zone Model for Conductive Cracks in Piezoelectric Ceramics
8 5月10日 范天佑教授 北京理工大學 準晶材料的力學研究中的若干進展
9 5月18日 宣鵬飛 中國科學院化學研究所 中科院化學所“理論與計算化學平台”介紹
10 5月20日 向程 博士 Singapore Decentralized Control of Robotic Manipulators with Neural Networks
11 5月24日 Tochi Gotoh Nagoya Institute of Technology, Japan statistics of passive scalars in isotropic turbulence
12 5月27日 孫立志 教授 The University of Iowa Multiscale Modeling of Strengthening and Plastic Deformation Mechanisms in Aluminum-Based Amorphous Nanocomposites
13 6月3日 孫祉偉 研究員 中科院力學所國家微 重力實驗室 分散體系聚集行為的研究
14 6月14日 Prof. Fuqian Yang University of KentuckyLexington Department of Chemical and Materials Engineering
15 6月15日 舒東偉 副教授 新加坡南洋理工大學 無格線單元計算激波
16 6月20日 Prof. Qing Nie University of California, Irvine Robustness of Morphogen Gradients
17 7月1日 Professor L. Anand Cambridge, MA 02139, USA Mechanical behavior of bulk metallic glasses
18 7月11日 Prof. K. T. Chan 香港理工大學機械工程系 helical structure of the waves propagating in a spinning Timoshenko beam
19 7月12日 盧春生 博士 The University of Sydney 納米複合材料(聚合物/粘土)力學性能
20 7月13日 韓平疇 教授 The University of Iowa On the Dynamics of Spinning Tethered Space Vehicles With Flexible Appendages
21 7月15日 Dr. Peter W R Beaumont,Reader
Department of Engineering, University of Cambridge, UK
Advanced Materials, Predictive Design:
Physical Modelling of Composite Materials Problems
22 7月21日 張濤 教授 北京航空航天大學材料學院 塊體非晶合金的研究進展
23 7月29日 Professor Kevin J. Hemker Johns Hopkins University Characterization of small-scale and scale-specific deformation and fracture in TBC bond coats, nanocrystalline Al and B4C
24 9月21日 樊學軍 博士 Intel Corporation, AZ, USA 電子封裝中濕度誘導破壞的力學問題
25 10月11日 Professor Z. Rosenberg RAFAEL, Israel Dynamic response of solids to impact loadings
26 11月4日 Professor Yuri V. Petrov 聖彼得堡國立大學動力學中心主任Dr.V.Smirnov 聖彼得堡國立大學動力學中心 Characterization of small-scale and scale-specific deformation and fracture in TBC bond coats, nanocrystalline Al and B4C
27 11月29日 Dr. Gerd Behme JPK Instruments: Nanotechnology for life science AFM—Force measurements in the pN range
28 11月30日 Ho Chih-Ming University of California Inducing a Complex Bio-system toward a Desired Destiny
29 12月12日 Yuntian T. Zhu Los Alamos National Laboratory Deformation Mechanisms of Nanostructured Materials
在2005 年度LNM學術年會上,另有邀請學術報告27個:
序號 報告人 報告題目
1 楊衛 院士 清華大學 晶體中亂序區傳播的大規模分子動力學模擬
2 周敏 教授 Georgia Tech. University A Novel Shape Memory in Single-Crystalline Nanowires
3 舒其望 教授 Brown University套用數學系主任 Survey and Recent Development of WENO and Discontinuous Galerkin Methods for Computational Fluid Dynamics
4 高華健 教授 德國馬普學會金屬所所長 Mechanics of Robust and reversible Hierarchical Adhesion Structures of Gecko
5 陳少華 副研究員 中科院力學所LNM 接觸力學在細胞黏附中的套用
6 宋凡 副研究員 中科院力學所LNM蜓翼的力學性能研究
7 汪海英 副研究員 中科院力學所LNM A fast converging molecular simulation of quasi-static deformation at finite temperature
8 張星 副研究員 中科院力學所LNM A Navier-Stokes solver on unstructured chimera grids
9 張吟 副研究員 中科院力學所LNM 微結構吸合失穩分析
10 張泰華高工 中科院力學所LNM 實驗觀測:一種微力學測試儀的研製和套用
11 佘振蘇 教授 美國UCLA數學系 北京大學湍流國家重點實驗室主任 幾個富有挑戰性的理論生物學問題
12 夏克清 教授 香港中文大學 The Mean Wind in Turbulent Thermal Convection
13 符松 教授 清華大學 航空若干關鍵氣動問題研究進展
14 馬恩 教授 Johns Hopkins University Mechanical behavior of Nanostructured Metals
15 黃築平 教授 北京大學 非均質材料中的界面力學模型和界面能模型
16 武曉雷 研究員 中科院力學所LNM 納米晶Ni的塑性變形機制
17 白以龍 院士 中科院力學所LNM 多尺度力學的幾個案例
18 駱廣生 教授 清華大學化工系 多項反應體系的放大問題(暫定)
19 張文清 研究員 中科院上海矽酸鹽所 陶瓷/金屬界面結合強度的第一原理研究
20 武作兵 研究員 中科院力學所LNM 單晶氧化鋁彈性的壓力影響
21 魏悅廣 研究員 中科院力學所LNM 微/納米尺度薄膜脫膠的實驗測量和模擬
22 葛蔚 研究員 中科院過程工程所 多項反應體系的多尺度問題
23 周海軍 研究員 中科院理論物理所 Spider capture silk as a multi-scale polymer: a toy model and real challenges
24 吳錘結 教授 解放軍理工大學理學院 仿生魚類自由遊動及其控制的研究

課題申請指南

非線性力學國家重點實驗室的開放課題應圍繞實驗室的戰略目標和學科方向進行。開放課題必須由非線性力學國家重點實驗室的工作人員和其它研究單位聯合申請。合作的雙方應有共同的興趣,明確的目標和合作的基礎。開放課題支撐有限規模的創新性研究,並鼓勵發表高水平的研究論文。LNM主要從事連續介質力學中非線性問題的研究,重點是該領域中的重要理論問題或具有重大套用背景的基礎性課題。開放課題主要集中在如下兩個方面:
1、固體的非線性力學性質;

2、流體流動的非線性規律。
開放課題申請應結合如下LNM近期要突出的創新學科方向:

3、納米/微米尺度力學和跨尺度關聯
納米/微米尺度力學的理論、實驗及計算;
分子(原子)-細觀-巨觀的跨尺度力學;
跨物質層次的本構、強度、破壞理論與實驗;
固體微結構演化動力學大型計算模擬與材料的微結構設計。

4、納/微電子機械系統力學
力-熱-電-磁-光等耦合的尺度效應表面效應;
納/微系統運動規律、控制與失效機理;
納/微系統的計算機輔助設計與虛擬實驗。

5、多尺度複雜流動的動力學理論與控制原理
複雜流動的非線性演化過程及其動力學理論;
轉捩與湍流的大規模科學計算與流動結構研究;
微尺度和多尺度複雜流動規律與控制的精細實驗研究;
多相流動的基本規律研究與套用。

LNM鼓勵在基礎性實驗研究方面提出好的申請,並優先考慮充分利用LNM實驗設備、條件,特別是跨學科交叉領域的課題申請。

獲準支持的課題一般期限為一至兩年,經費上限為15萬/2年。

受開放課題資助發表的論文應以LNM作為署名單位,以第一單位署名的論文可享受LNM論文獎勵政策。

主要實驗裝備

序號 設備名稱 目前狀況 性能 用途
1 INSTRON1195 材料試驗機 良好 載荷: ± 100 kN 行程: 1170 mm 金屬等材料的拉、壓、彎、扭性能測試。
2 MTS810 液壓伺服材料試驗機 良好 載荷範圍: ± 100 kN 行程: 160 mm 溫度: -129 ℃ ~ 1000 ℃ 固體材料的拉、壓、彎等力學性能測試。
3 Questar 遠距監測系統 良好 工作距離 : 8-35 cm , 最大放大倍數 : 381 H 用於力學性能實驗過程中樣品表面的在位實時觀察記錄。
4 S-750 掃描電子顯微鏡 良好 放大倍數 : 5 萬倍以下 解析度 : 優於 100 nm 觀察各種固體材料的細微結構和形貌,在位受力後觀察破壞機理。
5 USIP20GP-C 掃描超聲檢測系統 良好 脈衝發生器 : ≤ 10 KHz 接受器 : 增益 : 0-112 dB 探測器 : 頻率 2 MHz-80 MHz X/Y 軸控制 : 最小速度 : 1 mm /s 最小步長 : 0.01 mm 用於固體材料內部缺陷的無損檢測,給出缺陷在試件內部的空間位置坐標、形狀的偽三維圖象。
6 MTS Nano indenter XP System 最大荷載 : 0.5 N 分辨力 : 50 nN 最大行程 : 2 mm 分辨力: < 0.1 nm 表面改性、薄膜、 MEMS 材料和結構的力學性能。
7 Instron Microtester 5848 載荷: 2 kN, 250 N, 5 N 位移: 110 mm 應力-應變曲線
8 Hysitron TriboScope 原位納米力學測試系統 載荷範圍: 100nN-10mN; 載荷解析度: 3nN; 縱向解析度: 0.5nm ; 橫向解析度: 10nm 小載荷淺壓痕條件下的材料力學性質 ( 硬度、楊氏模量等 ) 測試與原位形貌觀測,特別適於 nm 量級超薄梯度表面與薄膜的測試
9 Veeco DI MultiMode 掃描探針顯微鏡 縱向解析度:0.1nm ; 橫向解析度:1nm; 力解析度:~30pN 納米量級高解析度的表面形貌成像觀測 ; 皮牛 - 微牛量級的微小力的定量測量。
10 集成顯微分析系統 放大鏡幾十倍到 30 萬倍連續可調;最高分辯率為 : 1.5 nm ;有 3 個力感測器: 2000 N 、 600 N 、 150 N ;能譜: Be (4)- V (92) 廣泛套用於納米材料、 MEMS 、材料斷口分析等領域,用於材料微結構測量與表征、各種功能梯度材料研究。
11 重力溢流式循環水洞 良好 截面 : 0.2 × 0.2 m2 收縮比 : 14:1 速度範圍 : 0.05-1 ms-1 湍流度 : ε≤ 0.3 % 單位厘米長雷諾數 O(102) ~ O(104) 提供水流測試環境,可做湍流及邊界層實驗
12 DANTEC90N10 6 通道熱膜流速儀 良好 6 通道,帶有二維探頭、邊界層探頭、標定器 測流速
13 高速 PIV 系統 良好 高速攝像 : 滿幅 5400fps,1024X1024 像素 ,5W 連續雷射器 , 二維數字 PIV 流動圖像分析功能 高速數字圖像採集,流動圖像動態分析
14 Millennia 雷射器 良好 功率 : 5 W 流場顯示
15 φ 101 輕氣炮 良好 彈速範圍: 40 ~ 1400 m /s 材料動態性能測試
16 CS 28206 示波器 良好 採樣率: 20 Ms/s 電測量
17 Gould 4084 示波器 良好 採樣率: 800 Ms/s 電測量
18 EE3386 通用計數器 良好 解析度: 10ns 速度測量

人才培養

研究生


研究生
導師 碩士生 博士生 人數
張泰華 07:宋金龍 08:彭光健 09:逯智科 08:馮義輝 4
戴蘭宏 07:孫亮08:黃寶明、余傑 09:陳軍紅、劉霞 05:劉陽 08:陳艷 09:蘭岳 8
趙亞溥 08:王子千、臧金良 09:李建軍、張營營 06:王斌斌 08:袁泉子 09:王奉超 7
梁乃剛 08:陳岑袁帥 09:劉月 07:付強08:劉芳 09:劉維瑋 6
湯奇恆 08:楊天勇 09:劉峰 2
魏悅廣 08:劉建雲、宋晶如 09:黃寅君、於韶明 05:李美之 06:張東波 09:陳力、許巍、魏豪傑 9
武曉雷 08:陳波 09:趙思聰 09:馮岩鵬、陳柳 4
李戰華 08:孫樹偉 07:王緒偉 08:余群 3
白以龍 07:徐金明、楊榮 08:陸明富、肖攀、譚浩 5
朱如曾 06:閆紅 1
洪友士 08:雷錚強 09:康凌 07:王雷08:楊連枝 09:武曉東趙愛國、陸維 7
陳少華 07:李建軍08:陳培見、馮彪 09:王琮 08:王超 09:張存、彭志龍 7
張星 08:李曉亮 1
何國威 06:賈光明 08:董宇峰、李曉鵬 09:高福傑 06:楊曉雷08:王士召 09:隋相坤、李棟、郭力 9
宋凡 07:張澤平08:李偉 09:劉清念、趙希宇 09:周志亮 5
汪海英 07:舒靖 09:金淵 2
方新 07:蔡繼峰 1
胡國慶 08:焦豹、宋奎 09:王俊榮 3
李新亮 08:何志偉 09:冷岩 2
凌中 08:黃鑫 1
段祝平 02:李建軍07:魏延鵬 2
梁立紅 09:秦福麒 1

科研成果

2005年度

獲獎人 導師 獎項
博士生 郇 勇 白以龍研究員、 張泰華高級工程師 2005 年度中國科學院院長優秀獎 2005 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
博士生 胡 明 白以龍研究員 2005 年度中科院力學所郭永懷獎學金一等獎
博士生 崔海航 靳剛研究員、 李戰華研究員 2005 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
博士生 吳 煒 梁乃剛研究員 2005 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
碩士生 閆 敏 戴蘭宏研究員 2005 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
2006年度
獲獎人 導師 獎項
博士生 劉龍飛 白以龍研究員、 戴蘭宏研究員 2006 年度中國科學院院長優秀獎
博士生 任 權 趙亞溥研究員 2006 年度中國科學院冠名獎學金
博士生 郇 勇 白以龍研究員、 張泰華高級工程師 2006 年度中國科學院 ― 優秀博士學位論文、院長獎獲得者科研啟動專項資金資助
博士生 舒思 魏悅廣研究員 2006 年度中科院力學所郭永懷獎學金一等獎
博士生 劉龍飛 白以龍研究員、 戴蘭宏研究員 2006 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
博士生 任 權 趙亞溥研究員 2006 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
博士生 魏 征 趙亞溥研究員 2006 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
碩士生 劉 磊 陳少華副研究員 2006 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
2007年度
獲獎人 導師 獎項
博士生 曹阿靜 魏悅廣研究員 2007 年度中國科學院院長獎 2007 年度中科院力學所郭永懷獎學金一等獎
博士生 郭建剛 趙亞溥研究員 2007 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
博士生 許向紅 白以龍研究員 2007 年度中國科學院優秀博士學位論文
博士生 郭建剛 趙亞溥研究員 2007 年度中科院劉永齡獎學金優秀獎
2008年度
獲獎人 導師 獎項
姚華棟 何國威研究員 2008 年度中科院力學所郭永懷獎學金一等獎
程載斌 梁乃剛研究員 劉玉標副研究員 2008 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
馮江 趙亞溥研究員 2008 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
謝子令 洪友士研究員 2008 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
鄭 旭 李戰華研究員 2008 年度中科院力學所郭永懷獎學金二等獎
馮江濤 趙亞溥研究員 中科院研究生院 2008 年度 ― 朱李月華獎學金
余迎松 趙亞溥研究員 2008 第七屆中國國際納米科學 ( 武漢 ) 研討會優秀論文獎
2009年度
獲獎人 導師 獎項
曹阿靜 魏悅廣研究員 獲 2009 年北京市優秀博士學位論文和中科院優秀博士學位論文
吳波 魏悅廣研究員 獲固體力學學報英文刊 2009 年唯一優秀文獎
蔣敏強 戴蘭宏研究員 獲 2009 年度中國科學院院長優秀獎 在哲學雜誌 (Philos Mag.) 的工作榮獲 ― 麥克斯韋青年作者獎 (James Clerk Maxwell Young Writers Prize)2008 年度第二名 2009 年郭永懷獎學金一等獎
孔 冬 戴蘭宏研究員、 季葆華教授 2009 年郭永懷獎學金二等獎
閆 聰 陳少華研究員 2009 年郭永懷獎學金二等獎
張浪平 梁乃剛研究員、 尹祥礎研究員 2009 年郭永懷獎學金二等獎

開放研究課題


一、固體力學

申請人

申請人單位

申請題目

王金良

北京航空航天大學

納米矽薄膜微結構及其力學特性的研究

方岱寧

清華大學

NiFeGa薄膜的納米壓痕實驗

陳建康

揚州大學

混凝土中鈣礬石演化規律與力學性能的實驗研究

白象忠

燕山大學

金屬構件內部裂紋電磁熱效應跨越止裂的研究(續)

於 敏

南京航空航天大學

生物材料的微幾何構型及其強度的拓撲分析

張 忠

德國凱撒斯勞騰大學複合材料研究所

聚合物納米複合材料微尺度壓痕及劃痕特性研究

謝惠民

清華大學

微電子機械系統力學行為的顯微光學測量方法研究

二、流體力學

申請人

申請人單位

申請題目

趙紅亮

解放軍理工大學

來流延展向呈諧波非均勻尾跡型流中的鏇渦位錯研究

岳寶增

北京理工大學

微重力環境下充液太空飛行器液體非線性晃動特性研究

郁伯銘

華中科技大學

多孔介質里流體流動的分形分析

宋付權

上海大學

低滲透多孔介質中的滲流流體特徵研究

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