块体金属玻璃由于其高强度、高弹性和耐磨损抗腐蚀等优异的力学性质已经在军用、民用 领域取得了一些重要应用。然而不同的金属玻璃可以表现为极脆（类似陶瓷脆性）或极韧（类似钢铁）；另一方面，金属玻璃的铸造工艺及亚稳态结构为其断裂韧性的测量及断裂机理的研究提出了极大的挑战，而理论上还不能够给出金属玻璃的断裂韧性与材料参数、试样几何以及工艺条件等因素之间的关系。为了解决这一挑战，本项目基于热塑性成型工艺，开发了制备高品质断裂韧性测试试样的新方法。项目发现利用所开发的新工艺在试样表面创造局部的平面应变状态，可以实现小试样本征断裂韧性的测量。这对于高韧材料本征断裂韧性的测量，极大降低了试验难度和试验成本。基于上述技术，项目系统研究了试样厚度以及裂纹尖端曲率半径对剪切带演化和断裂模式的影响，解释了所观察到的断裂韧性与塑性区尺寸的正相关特性，为金属玻璃断裂韧性的测量提供了实验和理论基础。此外，项目还开发了界面裂纹阵列的制备技术，实验和有限元模拟表明含阵列裂纹体的剪切强度仅与裂纹的面积分数有关，对阵列裂纹的分布不敏感，该技术为金属玻璃应用中的铸造尺寸制约提供了可能的解决方案；研发了金属纳米模铸技术，应用于金属玻璃裂纹尖端应变场的实验监测；开发了低频机械振动技术用于增强金属玻璃在超冷液相区的流变性能。项目的研究成果可望促进金属玻璃这类新型材料在工程中作为结构材料的广泛应用。

块体金属玻璃由于其高强度、高弹性和耐磨损抗腐蚀等优异的力学性质已经在军用、民用领域取得了一些重要应用，然而其宏观准脆性的断裂行为却限制了金属玻璃作为结构件更广范围的应用。为了解决这一瓶劲问题，近年来人们开展了关于金属玻璃塑性变形与断裂机制的深入研究，并取得了一些重要进展。然而，目前尚未存在一个理论能够给出金属玻璃的断裂韧性与材料参数、试样几何以及工艺条件等因素之间的关系，而在实验上解耦研究上述因素对断裂韧性测试的影响也存在很大挑战。对此，本项目拟采用热塑性成型工艺制备高品质断裂韧性测试试样的方法，解耦研究试样几何对金属玻璃断裂韧性测试的影响，进而研究裂纹尖端从塑性变形到断裂的转变机制及其尺度相关性，以期建立断裂韧性与其他材料参数以及试样几何的关系，为实验室设计和制造高韧性金属玻璃提供有益指导，从而促进这类新型材料在工程中作为结构材料的广泛应用。

本项目以能源与环境学科中几个典型的多尺度流动、传热与传质工程问题为结合点，以本团队上一个重点基金研究结果为基础，着重开展多尺度数值模拟中一些关键数值问题的研究，并辅以必要的实验测定，发展有效的适用于流动、传热与传质问题的多尺度数值研究方法，构建高效稳定的多尺度计算体系。进一步揭示不同尺度上流动、传热与传质过程之间的耦合机制。在数值研究方面：构建了联系LBM及FVM的统一标量重构算子，并将其扩展应用到可压缩流动模拟中；采用LBM方法成功模拟核态沸腾模，克服了现有文献中能量方程处理中的一些欠妥之处；通过数值风洞确认了外掠楼宇与街区的流动存在与雷诺数密切相关及微弱相关的两个区域；并且提出了相对变化率5%作为确定与雷诺无关流动临界雷诺数的依据；实验研究方面：基于质子交换膜燃料电池、太阳能空气吸热器及大型湿热风洞的实验，发展相应的多尺度问题的实验方法，深入研究了其中所发生的多尺度现象的基本规律，为考核与完善所建立的多尺度模型和数值方法提供实验依据。 2100433B

本项目对流动、传热与传质过程中的空间多尺度现象，以能源与环境领域中的几个典型多尺度工程问题为具体研究对象，发展高效的多尺度数值求解方式，深入研究不同尺度上尤其是介观和微观层次上的流动、传热与传质现象，揭示不同尺度上流动、传热与传质过程之间的耦合机制。在数值模拟方面：构建MD、DSMC与其它数值方法耦合的重构算子，发展分区计算、界面耦合多尺度数值求解方法；完善分层计算、逐级传递多尺度求解方法；发展湍流流动中壁面粘性影响区和外层之间高效，准确的信息交换方法。在实验方面：基于质子交换膜燃料电池、太阳能空气吸热器及城市小区空气品质及污染物散发实验，发展相应的多尺度问题的实验方法，获得一批可靠的实验数据，为考核与完善所建立的多尺度数值方法提供实验依据。通过本项目的执行不仅可以大力提高我国在能源与环境工程领域中多尺度问题数值模拟研究的国际地位，而且对相关的工程问题也有一定的指导与参考意义。

大块金属玻璃是近十几年迅速崛起的新型结构材料，在国防、航空航天等众多领域已显示出广阔的应用前景。但在常温和高应力环境下，这种材料往往表现出以局部化剪切带为主要特征的非均匀塑性流动，这些剪切带的形成及相互作用决定着材料的宏观力学行为。然而，金属玻璃剪切带的形成机制目前还很不清楚，并且一直存在相当的争议。为此，本项目拟以实验研究和理论分析为主，并辅以分子动力学模拟的研究手段，系统深入地探索大块金属玻璃剪切带的形成机制。发展能考虑应变率、应力状态及热效应影响的大块金属玻璃实验研究、热塑性剪切稳定性分析方法及分子动力学模拟技术，阐明应变率、热效应、应力状态、自由体积产生聚集与扩散淹灭对大块金属玻璃剪切带形成的作用机制，揭示大块金属玻璃剪切带形成的条件、物理机制及细观动力学规律。本项目的研究将为进一步深入探讨大块金属玻璃塑性不稳定行为及推进其应用提供有价值的线索。因此，具有重要意义。