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mqjiang木蟲 (著名寫手)
Amorphous Solids
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[交流]
Origin of stress overshoot in amorphous solids
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非晶固體（玻璃態(tài)聚合物、顆粒材料、金屬玻璃等）的塑性流動通常表現(xiàn)出一種應(yīng)力過沖（stress overshoot）行為，即應(yīng)力隨著施加的應(yīng)變首先會達到一個峰值，然后下降趨于穩(wěn)態(tài)值。這一普適現(xiàn)象意味著某些基本過程決定了非晶的塑性流動。過去幾十年，關(guān)于非晶塑性的理論主要是兩種，一種是自由體積（free volume）理論，另一種是"剪切轉(zhuǎn)變(shear transformation, ST)"理論。前者認為，非晶塑性源于應(yīng)力驅(qū)動單原子跳躍導致的自由體積產(chǎn)生，而后者則主張非晶塑性的基本事件是粒子（原子或分子）集團的不可逆重排。 但是，越來越多的工作表明，非晶塑性需要自由體積和剪切轉(zhuǎn)變共同起作用。完整的物理圖像應(yīng)該是：自由體積對于激活剪切轉(zhuǎn)變具有催化作用，反過來剪切轉(zhuǎn)變會導致自由體積產(chǎn)生；結(jié)構(gòu)弛豫會湮滅自由體積，從而導致剪切轉(zhuǎn)變終止�；谶@一圖像，我們建立了非晶固體的一個本構(gòu)模型來描述其均勻粘彈塑性變形，其中考慮了剪切轉(zhuǎn)變和自由體積動力學的相互作用。 該本構(gòu)模型能夠重現(xiàn)非晶固體塑性流動的多種行為，包括應(yīng)力過沖、應(yīng)變軟化和應(yīng)變硬化。 1）應(yīng)力過沖主要是由于系統(tǒng)內(nèi)自由體積不足導致的剪切轉(zhuǎn)變的延時激活。 2）高應(yīng)力激活的剪切轉(zhuǎn)變反過來引起自由體積的快速產(chǎn)生，引起應(yīng)變軟化（或者應(yīng)力下降）。 3）應(yīng)變硬化是由于屈服后熱轉(zhuǎn)變（Thermal transformations, TTs）導致的自由體積的持續(xù)弛豫。 我們的分析表明，應(yīng)力過沖不直接與潛在剪切轉(zhuǎn)變區(qū)的初始密度相關(guān)，而取決于剪切轉(zhuǎn)變的動態(tài)過程（產(chǎn)生、湮滅和內(nèi)部重構(gòu)）。理論分析還表明，盡管自由體積和剪切轉(zhuǎn)變共同貢獻非晶塑性流動，但是塑性屈服固有地由剪切轉(zhuǎn)變主控，而自由體積主要影響屈服后的流動行為。 與Falk-Langer的經(jīng)典STZ模型相比，我們模型最主要的特征是：自由體積和溫度、應(yīng)力一起直接影響剪切轉(zhuǎn)變的速率，而不是剪切轉(zhuǎn)變區(qū)的絕對密度（數(shù)目）。這一特征更符合Argon最初提出剪切轉(zhuǎn)變模型時的圖像。 相關(guān)結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在Mechanics of Materials 81 (2015) 72–83 鏈接：http://www.sciencedirect.com/sci ... i/S0167663614001823 |
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