湖南日报全媒体记者 余蓉
近年来，科学家研发出了越来越多的新金属质料。此中，镁合金、形状记忆合金等塑性质料重要用在航空航天领域，是大国重器的“脊梁”。如今，这些质料的使用寿命还难以快速正确预测，关键在于，现有理论较难正确描述这些金属质料的屈服轨迹线。
日前，中南大学教授丁发兴科研团队在《中国科学：技能科学》上发表研究论文，构建了平面应力状态下正交异性金属损伤比屈服理论，能快速正确预测差别取向角下各类正交异性金属质料的单轴屈服应力的厘革规律。运用这一理论将能绘出多种金属质料“屈服”的轨迹线，从而进一步预测其使用寿命。
屈服过程是指质料从弹性状态进入塑性状态。研究发现，将镁合金等塑性质料从差别方向对其压缩或拉伸时，质料变形的轨迹线各不相同，具有各向正交异性的特性。研究其轨迹线对有效使用质料，并对构件进行正确受力分析具有重要意义。而描述屈服轨迹线规律不停是力学界的难题。
最初，科研职员对金属质料屈服理论的探索与研究，重要采用空气动力学家米塞斯（R.von Mises）于1913年提出的最大形状改变比能理论。“米塞斯屈服理论认为，不管施加多大的拉力或压力，质料各个方向受到的压力强度都相同，力学性能参数也是固定的。”丁发兴表现，团队经过研究发现，差别金属质料的强度指标和损伤比参数皆不相同，可通过测试和计算这些质料力学性能数据，从而绘出差别质料的屈服轨迹。
丁发兴团队研究发现，塑性质料在平面应力状态下的屈服轨迹线具有非常特别的形状，如镁合金表现为鸡蛋圆形状，而形状记忆合金表现为土豆圆形状。
上为镁合金屈服轨迹线预测与实验比力图，下为形状记忆合金屈服轨迹线预测与实验比力图。受访者 供图
丁发兴表现，借助其团队提出的新理论对各类金属质料进行屈服轨迹分析，可使质料的使用更加充分。“比如飞机发动机的缸体质料，我们可以先通过理论分析它在高温高压下的性能，有针对性地选取优质金属质料从而改变质料强度等性能指标，使缸体质料可靠性更高、使用寿命更长。”
据介绍，正交异性金属质料损伤比屈服理论除能描述镁合金和形状记忆合金的屈服轨迹线之外，超高强度钢、铝合金、钛合金和镍钼钨合金等合金质料的双轴屈服轨迹线也能用相同方法方便描述。它是对米塞斯屈服理论的无量纲化和升级，实现了正交异性与各向同性金属质料屈服理论的统一。
如今，该团队正在对石膏、玻璃、陶瓷等其他脆性质料以及复合质料的损伤比参数进行标定，并将损伤比强度理论推进至横观各向同性质料中，力图早日实现更多的工程实际意义。
（一审：余蓉；二审：段涵敏；三审：杨又华） |
