中国科学技术大学“211工程”现代工程材料的力学行为和

中国科学技术大学“211工程”现代工程材料的力学行为和材料设计子项目“九五”期间建设总结报告项目名称：“现代工程材料的力学行为和材料设计”项目编号：106执行单位：中国科学技术大学力学和机械工程系项目负责人：伍小平院士执行时间：1997-2000一、建设任务及完成情况简述1.1主要建设任务⑴.建设并完善材料力学行为和材料设计开放研究实验室。⑵.建设材料强度与材料设计专业人才培养基地。⑶.开展材料基本力学行为、材料设计和特种材料应用等领域的基础研究和应用研究。⑷.培养和造就一支年龄结构合理、兼备力学和材料科学知识的高水平学术队伍。1.2任务完成情况经4年来的努力，已较圆满地完成了原定的4项建设任务。简述如下：（1）“材料力学行为和材料设计”开放研究实验室已成为校级开放实验室，正在申请中科院院级开放实验室，整个实验室已具有相当规模并已正式开放运行。下属六个实验室：材料的基本力学实验室；细观力学实验室；材料动力学实验室；材料设计和CAD实验室；特种材料实验室；材料制备实验室；已全面建成。实验室建筑面积：1000余m2拥有大型设备、仪器设备总值1160万元年科研经费：207.67万元实验设备和测试仪器在“211”工程的支持下，上了一个台阶，形成系列化、规模化和现代化，具备了从低温至高温，低应变率至高应变率，细观至宏观的综合研究实力，在国内高校中独树一帜，并具有鲜明的特色。实验室已成立了第一届学术委员会开放实验室等一批基金课题(9项)已开始进行，涉及上海同济大学、合肥工业大学、合肥炮兵学院、我校19系、9系和5系等单位，具有很好的开放度，内容涉及：特种电磁流变液材料的研制，细观力学行为的测量，分子动力学模拟，材料冲击损伤机理等。（2）本科“材料强度与材料设计”专业方向已于1997年设置,至2000年已有4届本科生就读该专业方向,总人数达95人，已有2届毕业生，约35人，成为既懂力学又有物理和材料科学知识的新型学科交叉的毕业生。经过几年的摸索，完善了该专业方向的课程设置，初步形成了“材料强度与材料设计”专业人才的培养基地。（3）在材料的基本力学行为、材料设计和特种材料应用等领域已进行了大量的基础和应用研究。如：电磁流变液特种材料的研究已走在国内前列，特种材料“KDC-1号”在主要性能上已达到美国LORD公司的性能，与生产部门已有接触，为实际应用创造了条件。其他进展见第四部分。（4）在队伍建设方面，已形成一支年龄大体合理的高层次高水平学术队伍，50岁以上20人，40-50岁3人，40岁以下18人（占44%），具有博士学位18人（占44%），引进海外杰出人才4人，高访2人。二、具体指标及实现情况原计划一：材料力学行为和材料设计开放实验室，争取97年通过专家论证。提供有特色的材料力学行为宏细观实验手段，提供某些材料的特殊基础实验数据，提供材料设计和力学行为研究的计算机硬件和软件。1高低温宏细观力学行为的近距和远距高精度测试系统已建立MTS高低温、近远距显微测试系统，低温77K，高温5600C，配有显微望远镜和CCD系统，可对试样进行实时高低温条件下变形过程的细观观察与记录。显微望远镜和CCD系统2同步辐射材料力学实验站：检测材料内部缺陷及缺陷演化过程的测试系统在科大同步辐射加速器上已建立该装置，利用其X光对不透明试样内部损伤发展进行原位测量。该装置为可拆卸式，已在北京高能所电子对撞机上成功地进行测试。装置照片3冲击拉伸、冲击扭转和轻气炮等系列的材料动态力学行为测试系统改进旋转式冲击拉伸设备，改进了冲击压缩和扭转Hopkinson杆及测试设备，改进了压剪复合加载轻气炮及电磁测试系统，并新建了中应变率机，这样动态实验设备实现了应变率100-106/s的全面连续覆盖。加载方式有拉、扭、压、剪及复合加载，结合MTS试验机，应变率覆盖范围从10-5-105/s，成为高校中覆盖范围最全，实验及测试手段最强和最先进的实验室。Hopkinson杆及测试设备覆盖应变率范围从每秒10的正2次方至10的正3次方，旋转式冲击拉伸装置杆及测试设备覆盖应变率范围从每秒10的正2次方至10的正3次方，中应变率机覆盖应变率范围从每秒10的负1次方至10的正1次方，压剪复合加载轻气炮覆盖应变率范围从每秒10的正4次方至10的正6次方。4复合材料和电磁流变材料等智能材料的制备基地已建成电磁流变实验室和陶瓷复合材料制备实验室。特殊磁流变材料“KDC-1号”已达国际水平，并有重要应用价值。真空碳管炉中温管式炉电磁流变实验装置5计算机辅助材料设计和力学行为研究的网络和软件硬件：工作站SUN等软件：大型软件，ABAQUS等，为计算机辅助材料设计和力学行为研究提供了保证。原计划二：材料强度与材料设计专业，建立完整的教学体系，包括课程建设和教学实验室建设。1997年开始招收学生，每年15人左右。至2000年，培养出三届既懂力学又懂材料物理化学的本科毕业生。已完成：1997年第一届材料强度方向开始招收学生（15人），每年占全年级1/3强，至今已有4届学生，约95人，2000年已有2届毕业生（35人），绝大部分考取国内外研究生。由于学生具有材料和力学交叉学科知识，很受欢迎。经三年努力，已建立完整的教育体系。原计划三：承担国家自然科学基金重点研究项目，中科院重大项目，高技术项目和其他重要研究项目。培养出50名硕士和20名博士。年均研究经费达40万。已完成：1承担科研情况：国家自然科学基金：22项；国家高技术基金：10项中科院重大项目：1项；百人计划：2项基金委重点：2项；其他基金：16项横向课题：33项；总共：1038.35万年均研究经费207.67万，大大超出40万/年的原定指标。2培养研究生情况为：硕士博士已答辩：53名30名超出原定指标。原计划四：培养和造就一支老中青结合、结构合理的高水平学术队伍。其中年轻博士将占大多数，兼备力学和材料科学知识。在发展材料宏细观力学模型、探索材料多层次设计的理论基础、发展先进工程材料的评估理论与技术和材料开发与工程应用中的关键力学问题及技术难点等方面，产生一批重大或重要成果。1培养和造就一支老中青结合、结构合理的高水平学术队伍。引进海外杰出人才4人，高访2人。49%7%44%50岁以上(20人)40-50岁(3人）40岁以下(18人)年龄分布情况1996年和2000年具有博士学位占总人员的比例67%33%具有博士学位的人员44%56%具有博士学位的人员不具有博士学位的人员不具有博士学位的人员2000年具有博士学位占总人员比例1996年具有博士学位占总人员比例2科研成果和获奖情况在电磁流变液材料的研究，材料细观力学行为及本构理论等方面研究取得了一批重要成果，获国家自然科学三等奖一项，省部级科技进步奖二项。研制成功高安全起爆系统，并已获得国防发明专利。三、建设经费到位及使用情况3.1计划建设经费和建设经费到位情况050100150200250300350400450500计划经费(万元)到位经费(万元)总计划经费(500万)；到位经费(468万)自筹资金(40万)；到位经费(40万)中央专项资金(360万)；到位经费(360万)部门配套资金(100万)；到位经费(68万)3.2资金使用情况为：050000010000001500000200000025000003000000资金使用情况购买五万元以上大型设备的资金(2,814,003元)购买五万元以下设备的资金(1,545,117.13元)交流、培训及资料方面的资金(52,865.98元)实验室改造、机器安装等建筑安装工程方面的资金(268,013.89元)本项目已花费资金4,680,000.00元，其中,五万元以上的较大型设备共有14件：序号日期摘要使用部门金额(元)197-12-3TDS640A示波器2G500M气炮103,520298-5-14计算机服务器、工作站SUNE-3000,SUNultriⅠ机房554,692398-5-15TDS420A示波器SHPB64,000498-5-18长距离显微镜QM100,手持式视屏显微镜MTS635,478.27598-6-25计算机软件MSC:PATRAN,DATRAN,NASTRAN机房226,291698-11-17光学式信号分析仪HP3566A磁流变137304.55799-3-17真空镀膜机DM-452A材料82734.00899-3-22结构陶瓷材料制备系统-1材料257,221999-7-8结构陶瓷材料制备系统-2材料65,0001099-7-9电子振动台（含控制仪）DY300-2KY-3磁流变58,4001199-12-15中应变率材料试验机冲击230000.001200-3-7结构陶瓷材料制备系统-3材料100000.001300-5-30TDS654s数字示波器5G1000M气炮120,815.011400-6-21结构陶瓷材料制备系统-4材料90,000.00按年购入五万元以上的设备情况：二十万美圆以上的大型设备没有。严格安照原计划任务书圆满高效地完成了项目建设经费指标和任务。969798992000台数02662总额（元）0553520.001719119.00682021.001020815.01四、建设成果效益及标志性成果4.1建设成果效益“211工程”本子项目投入金费：468万元。通过“211工程”建设产生的效益：（1）引来的经费合计1638万元，其中：理科人才基地：200万元海外杰出人才4人：800万元科研经费：638万元积效比：3.5倍（2）建成材料力学行为和材料设计”开放实验室，科研设备仪器等96年560万元，2000年1160万元，净增600万元。024681012141996年1997年1998年1999年2000年授予博士学位人数96年6人，97年3人，98年5人，99年4人，00年12人授予硕士学位人数96年9人，97年12人，98年13人，99年11人，00年8人（3）人才培养方面，培养了(已答辩）硕士53人，博士30人，博士后6人，材料强度与材料设计专业毕业生35人（本科）。（4）承担国家自然科学基金重点研究项目,中科院重大项目，高技术项目和其他重要研究项目的情况。（1996年以来）2%26%1%12%59%国家自然科学基金重点项目中科院重大项目高技术项目面上项目其他重要项目（5）历年科研项目与经费情况0100200300400年平均207.67万96年到位：54.7万97年到位：122.87万98年到位：197.7万99年到位：307.3万2000年到位：355.7万（6）发表论文情况仅1998-2000三年间，本实验室共在国内外主要学术刊物上发表学术论文347篇，其中国外163篇，国内重要刊物184篇，被SCI,EI,ISTP收录99篇次，出版专著三本。4.2标志性成果共七项标志性成果一：力学一级学科博士学位授予权211项目“材料的力学行为和材料设计”属于固体力学博士点.通过211工程建设,在1997年获得力学一级学科博士学位授予权,使整个力学学科增加了两个博士点，有了很大的发展：1学术队伍的年龄结构更加合理：其中具有博士学位的教师比例,由22%增加为40%,；博士导师由13人增加为25人,平均年龄由1995年时的55岁降为目前的52岁；有两名教授当选中国科学院院士；由“引进国外杰出人才”渠道,引进4名年轻教授,成为中国科学院“百人计划”入选者.2整体学术水平,在国内同一学科中,处于先进行列：有活跃的学术交流活动,近5年内主持了3次全国学术会议；承担了国家自然科学基金项目50项（其中重大项目1项,重点项目4项）,863项目和其他重要项目(如中科院“九五”基础研究重大和重点项目，知识创新工程项目,国防工程项目,参与国家经济建设项目等)近百项。经费较充足,所获得的研究经费逐年递增。并获得了国家自然科学3等奖1项，中国科学院科技进步1等奖1项，3等奖2项等多项重要成果.3本科生和研究生培养,水平和规模都有较大的发展：作为理科力学