激光喷丸缓解辐射与氢损伤的多尺度建模研究博士项目

【项目介绍】 Cranfield University诚招积极进取、成绩优异的博士研究生，开展极端环境下材料退化领域的前沿研究。

聚变能源是当今最激动人心的科学挑战之一，为后代提供了清洁、丰富且可靠能源的前景。要使聚变成为商业现实，我们需要能够承受极端条件的材料——高温、强辐射、氢暴露和复杂的机械载荷。由于现有实验设施无法完全复制这些环境，基于物理的多尺度建模对于预测材料性能和设计下一代组件变得至关重要。

提高材料韧性的一条有前景的途径是冲击激光喷丸（SLP），这是一种先进的表面改性技术，可引入深层压应力、增加缺陷阱密度并细化微观组织。早期研究表明，SLP可能显著减少氢脆和辐照诱导脆化——这是聚变系统中两个最关键的退化机制。

本博士项目将探索SLP引起的微观组织变化如何影响： • 氢和点缺陷的迁移 • 缺陷、残余应力和微观组织特征之间的相互作用 • 位错网络与晶界作为缺陷阱的竞争

与传统机械喷丸方法相比，SLP可以产生更深的表面改性和更高的位错密度。理解这些效应将有助于合理设计聚变相关材料的制造策略。

【研究目标】

1. 利用基于实验数据的亚结构敏感晶体塑性框架，表征SLP诱导的微观组织和残余应力状态
2. 在存在位错、晶界和应力场的情况下，模拟氢和辐照诱导的缺陷传输
3. 将原子尺度迁移率数据整合到介观尺度模型中，评估哪些微观组织特征作为最有效的缺陷阱
4. 制定优化聚变应用SLP工艺路线的设计指南

【模型开发】 学生将开发并应用基于晶体塑性的模型，能够预测： • 残余应力分布 • 位错密度演化 • 晶界形成与细化 • SLP特征的高应变率响应

模型预测将与实验测量结果进行验证，并结合文献中的原子尺度数据集，构建氢和点缺陷传输的介观尺度框架。

【项目优势】 • 产业合作：与Curtiss-Wright合作开展，提供真实世界背景、材料以及潜在的实习机会 • 前沿科学：在聚变材料、氢效应、辐照损伤和先进制造的交叉领域开展工作 • 跨学科培训：获得材料建模、力学、表征技术和计算方法方面的专业知识 • 高影响力：研究成果可能直接影响未来聚变反应堆的材料选择和寿命预测 • 可迁移技能：开发的方法适用于核能、航空航天、能源和更广泛的工程领域

【申请要求】 欢迎具有材料科学、冶金学、核工程、机械工程、化学工程或物理学背景的申请者。具有计算建模或材料表征经验者优先，但非必需——项目将提供全面培训。我们致力于营造支持性和包容性的研究环境，鼓励各背景的候选人申请。

【入学要求】 申请者应具有英国一等或二等荣誉学位或相关学科的同等学历。

【资助信息】 本项目提供全额资助，学生将获得为期4年的奖学金，包括本土学费和UKRI生活津贴（2026-27年度为21,383英镑）。英国本土学生全额资助，国际学生需补足国际学生与本土学生学费差额。

【联系方式】 如需更多信息，请联系： 姓名：Dr Gustavo Castelluccio 邮箱：castellg@cranfield.ac.uk

如符合申请条件，请填写在线申请表。