一、提名项目：考虑非均匀结构效应的金属材料剪切带
二、提名专家及提名意见
提名专家1：张统一，上海大学，教授、中科院院士，固体力学
提名意见：
绝热软化为主控机制的热塑剪切带理论是金属材料塑性变形的主要机理之一。但是，由于不考虑材料结构效应，这一经典理论在面对众多具有微纳尺度非均匀结构的新型金属材料剪切带时，遇到了前所未有的挑战。
该项目针对这一重大挑战，以颗粒增强金属基复合材料和非晶合金为模型材料,系统研究了金属材料剪切带的微纳尺度结构效应。发展了依赖位错机制的应变梯度本构模型，揭示出微米尺度结构非均匀通过应变梯度效应对热塑剪切带形成产生强烈驱动作用；建立了包含热/自由体积等多过程耦合与时空多尺度的剪切带新理论，揭示出纳米尺度结构非均匀可诱导非热主控的结构软化剪切带新机制，澄清了非晶合金剪切带形成是绝热软化还是自由体积结构软化的长期广泛的国际争议，得到了剪切带失稳判据、协同演化、特征厚度以及诱致断裂机理等一系列原创性成果。
该项目8篇代表性论文得到应用力学最高奖“铁木辛柯奖”、固体力学最高奖“Rodney Hill奖”获得者在内的多位国内外科学院或/和工程院院士、权威杂志主编、领域知名学者等的广泛引用、重点关注和极高的正面评价。项目成果得到大量后续研究证实。该项目加深了有关剪切带的科学认识、并深化了其理论描述，从而在国际上产生了重要的学术影响。
提名该项目为国家自然科学奖二等奖。
提名专家2：汪卫华，中国科学院物理研究所，研究员、中科院院士，凝聚态物理学
提名意见：
该项目以颗粒增强金属基复合材料和非晶合金为模型材料，研究了材料内禀的非均匀结构效应如何影响和控制剪切带形成和演化的物理机理，显著推动了有关剪切带的科学认识和理论描述的发展，形成了具有鲜明特色的系统性的原创研究成果。主要包括：一、揭示了颗粒增强金属基复合材料剪切带的颗粒尺寸/应变梯度效应；二、建立了内蕴非均匀结构效应的非晶合金剪切带新理论；三、提出了一种新的原子团簇运动模型—“拉伸转变区”，澄清了非晶合金剪切带诱致断裂过程的能量耗散机制。
该项目团队通过三代师生传承，针对剪切带新问题开展长期攻关，突破和发展了经典热塑剪切带理论体系，攻克了非均匀金属结构材料的剪切带难题，澄清了长期广泛的国际争议。申报项目是他们十余年潜心科研的核心成果。8篇代表性论文被他引755次，研究成果被多篇权威期刊以独立一节长篇幅介绍，得到领域知名学者的高度评价：“重要价值”、“极为重要”、“最满意”等。项目成员多人次获得国际重要学术奖励，在系列国际会议作邀请报告，产生了深远学术影响。
提名该项目为国家自然科学奖二等奖。
提名专家3：赵亚溥，中国科学院力学研究所，研究员，固体力学
提名意见：
剪切带问题是固体力学及多学科交叉领域的重大课题和基础科学问题。历经一百多年的探索，于上个世纪九十年代逐渐形成了以绝热软化为核心机制的热塑剪切带理论。但是，由于不考虑材料结构效应，这一经典理论无法刻画众多具有微纳尺度非均匀结构的金属材料剪切带行为。
该项目以颗粒增强金属基复合材料和非晶合金为模型材料，经十余年潜心研究，全面澄清了金属材料剪切带的微纳尺度结构效应，并揭示出一种非热主控的结构软化剪切带新机制，显著推动了有关剪切带的科学认识以及理论描述的发展。该项目主要创新成果包括：（1）发展了依赖位错机制的应变梯度本构模型，揭示出微米尺度结构非均匀通过应变梯度效应对热塑剪切带形成产生强烈驱动作用；（2）建立了包含内蕴纳米尺度结构非均匀的非晶合金剪切带新理论，澄清了非晶剪切带形成机制长期广泛的国际争议，取得了剪切带失稳判据、协同演化、特征厚度以及诱致断裂机理等一系列原创性成果。
该项目8篇代表性论文被他引755次，得到力学、材料学等领域国内外院士、权威杂志主编、知名学者的广泛关注和正面评价，被多篇权威综述论文作为独立一节长篇幅专门介绍。相关理论成果得到国内外同行的实验证实与跟踪研究，是项目团队在剪切带研究方面长期积累的核心成果。团队成员多人次获得国际重要学术奖励，在系列国际会议作邀请报告，产生了深远学术影响。
提名该项目为国家自然科学奖二等奖。
三、项目简介
剪切带是一类广泛存在的塑性变形局部化失稳现象。本征上，具有特征尺度的剪切带是一种远离平衡态的准定态耗散结构，其涌现与演化是系统内多种速率耗散过程高度非线性耦合的时空多尺度问题。传统金属材料剪切带经百余年研究，逐渐形成了以热软化为主控机制的热塑剪切带理论。但是，由于不考虑材料内禀微结构效应，这一经典理论在面对众多具有微纳尺度非均匀结构的新型金属材料时，遇到了前所未有的挑战。其根源在于，材料内禀微结构的非均匀性将引起物质耗散过程，也会出人意料地参与动量和能量/热的耗散竞争，从而深刻影响甚至改变人们对剪切带形成和演化物理机制的认识。针对此重大挑战，该项目团队以颗粒增强金属基复合材料和非晶合金为模型材料，全面澄清了剪切带的微纳尺度结构效应并揭示出一种非热主控的结构软化剪切带新机制，显著推动了有关剪切带的科学认识和理论描述的发展，形成了具有鲜明特色的系统性的原创研究成果。主要发现点如下：
一、揭示了颗粒增强金属基复合材料剪切带的颗粒尺寸/应变梯度效应。实验发现微尺度增强颗粒对金属基复合材料塑性变形具有强化和剪切带软化“正、反”尺寸效应，通过发展计及应变梯度效应的热塑剪切带理论，揭示了颗粒尺寸作为内禀微米结构效应对金属基复合材料热塑剪切带形成具有强烈驱动作用；
二、建立了内蕴非均匀纳米结构效应的非晶合金剪切带新理论。构建了非晶合金自由体积－热－粘塑性剪切流动的理论框架，得到了具有明确物理内涵的剪切带失稳判据和特征厚度的解析表达，揭示了非晶合金剪切带形成的纳米结构软化主控、热软化辅助的新机制，阐明了多重剪切带协同演化动力学规律；
三、提出了一种新的原子团簇运动模型—“拉伸转变区”，澄清了非晶合金剪切带诱致断裂过程的能量耗散机制：裂尖剪切主控“剪切转变区”和体胀主控“拉伸转变区”两个耦合元过程的固有竞争。
8篇代表性论文被他引755次。引用者包括应用力学最高奖“Timoshenko奖”获得者美国德州农工大学Alan Needleman教授和J.N. Reddy教授、“Rodney Hill固体力学奖”获得者美国布朗大学高华健教授、块体非晶合金领域开创者之一日本东北大学A. Inoue教授、“John S. Rinehart奖”获得者美国加州大学M.A. Meyers教授、中科院物理所汪卫华研究员在内的10余位国内外院士，评价该项目成果为“重要价值”、“极其重要”、“最满意”等。理论成果得到大量后续研究证实，在国内外产生重要学术影响，被多篇权威综述文章作为独立一节长篇幅介绍，并得到国外军事研究机构的重点关注。非晶剪切带成果已成为领域经典工作之一，作为独立一章发表在剪切带专著《Adiabatic Shear Localization》。
项目执行期间，第一完成人获国家杰出青年科学基金资助，入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选。目前担任中国力学学会副理事长、爆炸力学专委会主任委员等。第二完成人作为首位中国科学家获得国际动态力学领域杰出成就奖“John S. Rinehart奖”。第三完成人获首届英国“麦克斯韦青年作者奖”。
四、代表性论文
1. L.H. Dai,* Z. Ling, Y.L. Bai/ Size-dependent inelastic behavior of particle-reinforced metal-matrix composites/ Composites Science and Technology/ 2001, 61: 1057-1063.
2. L.H. Dai,* L.F. Liu, Y.L. Bai/ Effect of particle size on the formation of adiabatic shear band in particle reinforced metal matrix composites/ Materials Letters/ 2004, 58: 1773-1776.
3. L. F. Liu, L. H. Dai,* Y. L. Bai, B. C. Wei/ Initiation and propagation of shear bands in Zr-based bulk metallic glass under quasi-static and dynamic shear loadings/ Journal of Non-Crystalline Solids/ 2005, 351: 3259-3270.
4. L. F. Liu, L. H. Dai,* Y. L. Bai, B. C. Wei, J. Eckert/ Behavior of multiple shear bands in Zr-based bulk metallic glass/ Materials Chemistry and Physics/ 2005, 93: 174-177.
5. M. Q. Jiang, L. H. Dai*/ On the origin of shear banding instability in metallic glasses/ Journal of the Mechanics and Physics of Solids/ 2009, 57: 1267-1292.
6. Y. Chen, M.Q. Jiang, L.H. Dai*/ Collective evolution dynamics of multiple shear bands in bulk metallic glasses/ International Journal of Plasticity/ 2013, 50: 18-36.
7. M. Q. Jiang, W. H. Wang, L. H. Dai*/ Prediction of shear-band thickness in metallic glasses/ Scripta Materialia/ 2009, 60: 1004-1007.
8. M. Q. Jiang, Z. Ling, J. X. Meng, L. H. Dai*/ Energy dissipation in fracture of bulk metallic glasses via inherent competition between local softening and quasi-cleavage/ Philosophical Magazine/ 2008, 88: 407-426.
五、主要完成人情况
| 姓名 | 排名 | 行政职务 | 技术职称 | 工作单位 | 完成单位 |
| 戴兰宏 | 一 | 学位委员会主任 | 研究员 | 中国科学院 力学研究所 | 中国科学院 力学研究所 |
| 白以龙 | 二 | 无 | 研究员/院士 | 中国科学院 力学研究所 | 中国科学院 力学研究所 |
| 蒋敏强 | 三 | 国家重点实验室副主任 | 研究员 | 中国科学院 力学研究所 | 中国科学院 力学研究所 |
| 刘龙飞 | 四 | 材料科学与工程学院副院长 | 教授 | 伟德国际1946源于英国 | 中国科学院 力学研究所 |
| 陈艳 | 五 | 无 | 副研究员 | 中国科学院 力学研究所 | 中国科学院 力学研究所 |
对本项目贡献：
第一完成人—戴兰宏：发展了位错机制依赖的应变梯度本构，揭示了内禀结构尺寸/应变梯度效应对热塑剪切带形成具有驱动作用；建立了表征非晶合金自由体积－热－粘塑性剪切流动的统一理论框架，得到了剪切带失稳判据、协同演化、特征厚度以及诱致断裂机理等一系列原创性成果。
第二完成人—白以龙：为颗粒增强金属基复合材料和非晶合金的剪切带分析提供理论指导，参与建立了应变梯度依赖热塑剪切带理论和非晶合金自由体积－热－粘塑性剪切流动的统一理论框架，分析了非晶剪切带的失稳机制。
第三完成人—蒋敏强：澄清了非晶合金剪切带耦合软化过程中自由体积和热的相互作用机制，参与了非晶剪切带协同演化模型的建立以及机理分析，得到了理论预测非晶剪切带厚度的解析表达；提出了“拉伸转变区”模型与韧脆转变准则，澄清了非晶剪切带诱致断裂过程的能量耗散机制。
第四完成人—刘龙飞：实验确定了影响剪切带形成的主要因素，分析了非晶剪切带的失稳机制，参与了颗粒增强金属基复合材料热塑剪切带的实验研究与机理分析。
第五完成人—陈艳：发展了非晶合金多重剪切带协同演化理论模型,构建了样品尺寸依赖的剪切带形核-扩展能量耗散竞争图谱。
公示期：2020年1月6日———2020年1月13日。
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