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    21 中国语言文学学院 4
机械院:关联材料强度与断裂行为的界面力学研究案例
学术地点 机械与运载工程学院316报告厅 主讲人 魏宇杰(中国科学院力学研究所副所长、非线性力学国家重点实验室主任)
讲座时间 2019年5月17日上午9:00

百年机械,名家论坛—5月17日中国科学院力学研究所副所长魏宇杰学术报告

报告题目:关联材料强度与断裂行为的界面力学研究案例

主 讲 人:魏宇杰(中国科学院力学研究所副所长、非线性力学国家重点实验室主任)

时 间: 2019年5月17日上午9:00

地 点:机械与运载工程学院316报告厅

欢迎广大师生参加!

主讲人简介:

魏宇杰,1997年北京大学力学系本科毕业,2000年在科学院力学研究所获硕士学位,2001-2006在麻省理工读博士并取得博士学位,2006-2008在布朗大学开展博士后研究,2008-2009在阿拉巴马大学机械工程系任助理教授。魏宇杰研究员2010开始在力学研究所任现职,是科学院百人计划入选者,国家杰出青年基金获得者。目前任中科院力学研究所副所长,非线性力学国家重点实验室主任。他主要研究内容为材料的塑性变形机理与界面力学行为,作为通信作者在Nature, Nature Materials, Rev. Mod. Phys, PRL, PNAS, Nature Communications, Adv. Mater, Nano Letters, Acs Nano, JMPS, Acta Mater, PRB等国际学术期刊上发表SCI论文100余篇。

报告摘要:界面是构成我们丰富多彩的自然和人造系统的基本组成单元。从元素到材料、从材料到结构、从结构到系统的层级和维度跨越,这其中都包含了无数的界面。力学上,界面是影响材料-结构-系统各个层面及其综合系统力学性能的关键因素。在这一报告中,报告人将和大家交流如何通过力学分析与建模来理解界面对材料的强度和断裂行为的影响。我们选取了两类尺度上存在巨大差异的固体材料作为典型案例加以阐释。

在第一类小尺度微观体系中,报告人将介绍如何通过高性能计算和力学分析相结合,来理解石墨烯在面积扩张及维度扩大过程中的界面缺陷力学行为;以及界面对石墨烯构筑结构力学性能的影响。

在第二类大尺度宏观体系中,针对页岩油气开采中利用水力压裂在页岩层理等弱面处实现复杂裂缝网络这一需要,报告人给出了水力裂缝沿弱界面转向扩展的临界条件:给出了考虑地应力、摩擦力等因素时水力裂纹沿任意方向扩展的应变能释放率的显式表达式,并推导出水力裂缝转向扩展条件的理论解。这些结果解决了长期存在的压裂地质力学悖论:即水力压裂直观上为扩张型裂纹破坏模式而实验观察显示破坏模式主要为剪切型。

参考文献

1.Xiaguang Zeng & Yujie Wei. Crack deflection in brittle media with heterogeneous interfaces and its application in shale fracking. J. Mechanics and Physics of Solids 101, 235–249 (2017).

2.Yujie Wei & Ronggui Yang. Nanomechanics of graphene, Natl. Sci. Rev., 2019, DOI: 10.1093/nsr/nwy067

3.Xiaokun Gu, Yujie Wei, Xiaobo Yin, Baowen Li, Ronggui Yang. Colloquium: Phononic thermal properties of two-dimensional materials. Rev. Mod. Phys., 90, 041002(1-30), (2018) https://doi.org/10.1103/RevModPhys.90.041002.

4.Zhenqian Pang, Xiaokun Gu, Yujie Wei, Ronggui Yang, Mildred S. Dresselhaus. Bottom-up design of three-dimensional carbon-honeycomb with superb specific strength and high thermal conductivity. Nano Lett. 17, 179–185 (2017)

5.Hanqing Yin, H. Jerry Qi, Feifei Fan, Ting Zhu, Baolin Wang, and Yujie Wei. Griffith Criterion for Brittle Fracture in Graphene. Nano Lett., 15, 1918–1924. DOI: 10.1021/nl5047686 (2015).

6.Yujie Wei, Jiangtao Wu, Hanqing Yin, Xinghua Shi, Ronggui Yang, Mildred S. Dresselhaus, The nature of strength enhancement and weakening by pentagon-heptagon defects in graphene, Nature Materials 11, 759-763(2012).

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