材料服役性能高通量实验评价方法研究现状

高克玮

北京科技大学

摘要

应力/温度/化学环境协同作用下的腐蚀、疲劳和断裂是材料的重要失效形式。由于非线性时间效应，导致短期内在实验室条件下难于快速、准确地获取和预测材料在长期服役环境下的性能和失效过程，成为材料研发的瓶颈。
将高通量计算技术应用于材料环境失效过程，需要解决从电子、原子交互作用到宏观服役行为之间的跨尺度衔接问题。2015年，美国TMS学会联合研究机构、工业界、政府部门发布报告，指出跨尺度计算模拟存在的问题并给出建议：多尺度方法数据传递过程中误差问题、材料形变与微观组织演变之间耦合、发展自变量包含组织演变、缺陷形成和服役寿命的多维度自由能函数等。对于材料失效过程，既需要利用不同尺度计算方法研究环境失效发生的不同阶段，也需要探究不同尺度之间的耦合关系，通过选择合适的计算方法对环境失效行为与机理进行研究。与此同时，尽管国内外都发布了许多有关材料服役性能和失效行为评价的试验和测试标准，但都是在单一应力作用下在单一试样上进行的，测试效率低，设备需求量大。因此，实验室中等效加速模拟实验以及高通量评价技术是研究材料失效过程、预测长期服役性能的关键技术。另外，材料环境失效影响因素众多，失效过程复杂，失效数据中蕴含了大量未知信息，获取这些信息对环境失效评价尤为重要。美国DNV-GL公司基于大数据贝叶斯模型开发出MARV等评估软件，已被企业用于管道风险评估。西班牙Cadiz大学基于支持向量机等数据技术研究了不锈钢点蚀行为，为企业提供技术支撑。
本文基于高通量计算/高通量实验/大数据等材料基因工程理念，介绍了国内外关于环境服役性能以及失效过程的等效加速模拟实验、高通量实验评价技术的最新研究成果，对目前有待研发的关键科学问题和技术进行了探讨。

       DOI: 10.12110/firstfmge.20171121.302