学术讲座—冲击诱导损伤与破坏机理:从轻质金属到透明材料

冲击诱导损伤与破坏机理的核心，是材料在极短时间内吸收高密度能量后，从局部变形、裂纹萌生到宏观破坏的演化过程。轻质金属和透明材料这两类对象，正好代表了从韧性耗散到脆性断裂的两类典型机制。

轻质金属（如铝合金、钛合金）在冲击下，主要靠塑性变形和位错运动来吸收能量。典型损伤模式包括局部大变形、绝热剪切带、崩落和动态脆性断裂。

微叠层复合材料的界面效应：以镍基微叠层复合材料为例，冲击波在异质界面处会发生“反射卸载”和“反射加载”效应，弹塑性不匹配导致界面应力集中，进而引发位错反应、堆垛层错和相变（如FCC→BCC→HCP）。这类材料的抗冲击能力与界面数量和阻抗匹配直接相关。

透明材料（如透明陶瓷、玻璃）因缺乏塑性变形能力，冲击损伤更依赖裂纹的萌生和扩展。两类材料的共性机制：应变率效应：冲击下材料的屈服应力和流动应力显著依赖应变率，伴随温度效应和应变率历史效应。

能量耗散路径：韧性材料靠塑性变形和位错运动耗能；脆性材料靠裂纹扩展和断裂耗能。

近年研究还发现，在聚合物中引入“弱键”交联结构，可让冲击点处的弱键选择性断裂，形成“缓冲通道”将冲击能量限制在局部区域。

张龙辉，华南理工大学工程力学系教授，博导。国家基金优秀青年基金获得者。

Technion以色列理工学院机械工程系博士，牛津大学工程科学系博士后。主要从事材料动态本构关系、冲击动力学及其在航空和装备领域应用研究，成果发表于J. Mech. Phys. Solids、Int. J. Solids & Structures、Int. J. Impact Eng.、Polymer、Composites (Part A, B, Structures) 等刊物。

发表论文40多篇，其中第一作者或通讯作者30多篇。作为项目负责人承担国防基础科研项目、国家自然科学基金委项目和海外高层次引进人才项目等，从国家装备安全和可靠性的需求出发，开展极端条件下先进材料力学和物理行为的多尺度研究及韧性提升设计。