非晶態固體彈塑性相互作用機制研究取得進展

　　不同于晶體塑性的位錯機制，非晶態固體塑性變形的基本載體是原子或粒子以集團模式的局域協同重排，通常被稱為“剪切轉變”（shear transformation，ST）。通過非局域彈性效應，ST事件可自組裝形成不同時空尺度的塑性事件，如宏觀屈服、局部化剪切帶等。研究表明，鄰近屈服以及屈服后的塑性事件處于一種時空高度關聯的雪崩狀態。然而，在遠離屈服的宏觀彈性階段，塑性事件是否存在時空關聯以及事件之間如何相互作用，在領域內存在爭議。中國科學院力學研究所研究員蔣敏強等針對這一問題開展研究，并取得重要進展。

　　科研人員以原子模擬的Cu₅₀Zr₅₀金屬玻璃為非晶態固體模型體系，開展了一系列無熱準靜態剪切實驗，對體系屈服前約4800個塑性事件進行了統計分析以及振動模態（聲子）分析。研究發現，塑性事件誘發的應力跌落在統計上服從冪率標度分布，其冪指數隨加載從-1（邊界穩定態）轉變為-1.5（自組織臨界態），而塑性事件之間的彈性等待時間呈現單一特征峰行為。這意味著屈服前非晶塑性屬于雪崩事件，且這些事件之間存在穩健的彈性相互作用。彈塑性非仿射位移場的時間關聯分析表明，這種彈性作用是短時強關聯的，但可長期存在，表現為體系變形高維勢能面的分形特征。通過對位移場在振動模態投影，研究展示了孤立ST事件如何通過彈性作用自組裝形成雪崩事件。通過定義空間構型演化的模態識別矩陣，該工作明確了塑性事件存在穩健彈性作用的原因：事件對體系整體彈性的破壞是有限的；一些硬區作為剛性骨架能夠在彈性基體中持續存在；彈性基體在加載中能夠自恢復。上述研究發現了澄清非晶態固體在屈服前彈性變形和塑性失穩的原子尺度機制，為構建非晶彈塑性變形的介尺度模型提供了基礎信息。

　　近日，相關研究成果以Elastic interactions of plastic events in strained amorphous solids before yield為題，發表在Physical Review Materials上。研究工作得到國家自然科學基金國家杰出青年科學基金項目“非晶態固體力學”、基礎科學中心項目“非線性力學的多尺度問題”、重點項目“無序合金的塑性流動與強韌化機理”等的支持。

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