面向世界科技前沿 | 浙工大毛剑峰团队在梯度纳米材料高温疲劳方面取得新进展
梯度纳米结构能够有效避免结构特征尺寸突变引起的性能突变，使具有不同特征尺寸的结构相互协调, 使材料的整体性能和使役行为得到优化和提高。梯度纳米结构(GNS)材料具有优异的抗疲劳性能。目前，国内、外对(GNS)材料高温疲劳性能的研究鲜有报道。
浙江工业大学机械工程学院毛剑峰课题组研究了GNS 316L钢在650℃时的多尺度失效机制，并进行了不同应变幅度下的高温疲劳试验。对GNS材料的微观结构进行了观察，揭示了其疲劳损伤机制，并建立了晶体塑性力学模型，对其疲劳行为进行了多尺度数值模拟。实验结果表明，650℃下GNS 316L钢的强度仍高于粗晶粒(CG)316L钢。在应变疲劳载荷作用下，GNS 316L钢的疲劳寿命也高于CG钢。疲劳断裂结果表明，疲劳裂纹呈现混合扩展模式，在低应变幅下，GNS 316L钢的裂纹源从表面向次表面转移。数值结果直接反映了GNS表层对塑性滑移行为的影响。从多尺度的角度解释了，在650℃和应变控制循环加载下GNS 316L钢的疲劳失效机制。本研究发现了GNS 316L钢在高温下的强化机制和宏-微观多尺度的损伤演化规律，为其高温抗疲劳、寿命预测等方面提供了数据和方法支撑。
表面机械轧制处理(SMRT)试样
制备现场及原理示意图
高温疲劳试验系统
应变控制疲劳试验后SMRT 316L钢的各种位错构型
SMRT 316L钢疲劳的多尺度
数值模型、塑性滑移的分布轮廓
相关研究成果以“Research on multi-scale failure mechanism of gradient nanostructured 316L steel under strain-controlled fatigue at 650℃”为题于2023年12月发表在《国际疲劳杂志》（International Journal of Fatigue），浙江工业大学为第一单位，机械工程学院毛剑峰(博士生导师，副研究员)为第一作者和通讯作者。研究得到了国家自然科学基金面上项目(51975526)和国家重点研发计划项目(2018YFC0808800)的资助。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2023.107970
学者介绍
毛剑峰
浙江工业大学机械工程学院博士生导师，副研究员。博士毕业于上海交通大学动力工程及工程热物理专业，长期致力于机械结构完整性技术、高端机电装备开发研究。主持了多项科研项目，包括国家自然科学基金项目面上、青年项目，国家重点研发计划子课题，国家科技重大专项子课题，浙江省自然科学基金项目，重大横向项目等10余项。在《Int.J.Fatigue》,《Int.J.Mech.Sci.》,《Int.J.Pres.Ves. Pip.》,《Nucl.Eng.Des.》《Eng.Fail. Fail.》,《中国电机工程学报》、《机械工程学报》、《动力工程学报》等期刊上发表SCI 论文50余篇，EI 论文10余篇。获得专利100余项，已获得授权发明专利20余项，主要专利成果曾获2020年“浙江省优秀发明成果”奖励。在指导学生科研方面，2019年获得了全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛“一等奖”；获得了中国大学生机械工程创新创意大赛“一等奖”(2022年)；所指导的学生获得“浙江省优秀毕业生”多次；多次获得了“校级优秀本科生导师”和“校级优秀毕业论文指导老师”。在科技奖励方面，2020年以第一完成人获得了浙江省技术发明奖三等奖，2023年第二完成人获得浙江省科技进步奖三等奖，2023年第二完成人获得中国机械工业科技进步奖三等奖。另外，团队常年招收能源动力类、动力工程及工程热物理专业方向的博士后，欢迎硕士生、博士生报考本课题组，邮箱: maojianfeng@zjut.edu.cn。
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