发布时间：2014-05-06

文章标题：硕士生张丽博发现高应变速率下孪晶变形会存在一个等温到绝热的转变行为

内容：

      当高速物体撞击马氏体材料或铁弹材料时，材料内部在剪切作用下产生孪晶和孪晶界，从而吸收了冲击能量使材料或器件不致损坏。这一效应，在大至宇宙天体之间，小到日常生活中都有广泛应用，例如卫星不会因为宇宙微粒撞击而遭受严重损伤并失灵，手机掉在地上而手机壳不会发生严重碎裂等。尽管人们已经在Fe-Mn-Si-Al马氏体钢中已经观察到冲击诱发孪晶变形行为，但是对于高速冲击下孪晶形成的动力学过程了解甚少。一个基础性物理问题亟待解决：高速冲击下材料屈服行为是否会随着应变速率而变化吗？

      作者通过分子动力学模拟首先发现，孪晶形成过程是一个典型的由自组织临界行为导致的雪崩效应，这一过程的统计学规律满足幂法则，并且幂法则的指数ε接近于物理中的一个特征值——平均场值1.35。而且这一规律不受应变速率的影响。其次，作者发现随着应变速率的增加，屈服过程存在一个由等温---绝热的转变过程：在低应变速率下，材料变形过程属于等温过程，屈服过程吸收的能量基本稳定在4meV/atom；屈服过程所能吸收的能量会随着应变速率的升高而迅速降低，同时材料温度迅速升高，屈服行为转变为绝热过程，在很高应变速率下，材料内部由于无法形成复杂的孪晶图案而变脆，同时无法吸收任何能量。上述工作对于马体材料和铁弹材料高速冲击下的孪晶变形具有重要意义，并为实际应用提供一定指导。 

      该论文已发表于Applied Physics Letters(104, 162906 (2014))。值得一提的是，该论文从投稿到接收仅用了3天的时间，APL的编辑评价为“The authors are to be congratulated on a fine paper.” APL的评阅人评价为“The work deserves publication and should be published as it stands”。

 

Strain rate dependence of twinning avalanches at high speed impact