不同于晶體塑性的位錯(cuò)機(jī)制，非晶態(tài)固體塑性變形的基本載體是原子或粒子以集團(tuán)模式的局域協(xié)同重排，通常被稱(chēng)為“剪切轉(zhuǎn)變”（shear transformation，ST）。通過(guò)非局域彈性效應(yīng)，ST事件可自組裝形成不同時(shí)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(shí)空高度關(guān)聯(lián)的雪崩狀態(tài)。然而，在遠(yuǎn)離屈服的宏觀彈性階段，塑性事件是否存在時(shí)空關(guān)聯(lián)以及事件之間如何相互作用，在領(lǐng)域內(nèi)存在爭(zhēng)議。中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所研究員蔣敏強(qiáng)等針對(duì)這一問(wèn)題開(kāi)展研究，并取得重要進(jìn)展。

　　科研人員以原子模擬的Cu₅₀Zr₅₀金屬玻璃為非晶態(tài)固體模型體系，開(kāi)展了一系列無(wú)熱準(zhǔn)靜態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)，對(duì)體系屈服前約4800個(gè)塑性事件進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析以及振動(dòng)模態(tài)（聲子）分析。研究發(fā)現(xiàn)，塑性事件誘發(fā)的應(yīng)力跌落在統(tǒng)計(jì)上服從冪率標(biāo)度分布，其冪指數(shù)隨加載從-1（邊界穩(wěn)定態(tài)）轉(zhuǎn)變?yōu)?1.5（自組織臨界態(tài)），而塑性事件之間的彈性等待時(shí)間呈現(xiàn)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(wěn)健的彈性相互作用。彈塑性非仿射位移場(chǎng)的時(shí)間關(guān)聯(lián)分析表明，這種彈性作用是短時(shí)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的，但可長(zhǎng)期存在，表現(xiàn)為體系變形高維勢(shì)能面的分形特征。通過(guò)對(duì)位移場(chǎng)在振動(dòng)模態(tài)投影，研究展示了孤立ST事件如何通過(guò)彈性作用自組裝形成雪崩事件。通過(guò)定義空間構(gòu)型演化的模態(tài)識(shí)別矩陣，該工作明確了塑性事件存在穩(wěn)健彈性作用的原因：事件對(duì)體系整體彈性的破壞是有限的；一些硬區(qū)作為剛性骨架能夠在彈性基體中持續(xù)存在；彈性基體在加載中能夠自恢復(fù)。上述研究發(fā)現(xiàn)了澄清非晶態(tài)固體在屈服前彈性變形和塑性失穩(wěn)的原子尺度機(jī)制，為構(gòu)建非晶彈塑性變形的介尺度模型提供了基礎(chǔ)信息。

　　近日，相關(guān)研究成果以Elastic interactions of plastic events in strained amorphous solids before yield為題，發(fā)表在Physical Review Materials上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目“非晶態(tài)固體力學(xué)”、基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目“非線(xiàn)性力學(xué)的多尺度問(wèn)題”、重點(diǎn)項(xiàng)目“無(wú)序合金的塑性流動(dòng)與強(qiáng)韌化機(jī)理”等的支持。

　　論文鏈接 

圖1.塑性事件誘發(fā)應(yīng)力跌落的概率統(tǒng)計(jì)分布

圖2.彈塑性非仿射位移場(chǎng)的時(shí)間關(guān)聯(lián)

圖3.塑性事件的主控振動(dòng)模態(tài)（聲子）參與度，孤立ST事件的模態(tài)參與度接近1，而雪崩事件的模態(tài)參與度低至10^-2