非晶态固体的结构可以决定性能吗?

晶态固体的力学性能与塑性变形主要由结构缺陷,比如位错的运动决定.而在非晶态固体中结构如何决定性能,仍然是固体力学、材料学和凝聚态物理学共同关心但尚未解决的核心问题之一.传统材料学研究的经典范式为"结构决定性能".遵循这一信条,已经有大量的实验表征与理论、模拟研究,尝试将非晶态固体的某种结构特征与性能建立一一对应关系.但是,科学界对于非晶固体结构-性能关系成立与否,以及背后隐藏的规律知之甚少.本文针对非晶态固体的变形机制以及其微结构特征,基于分子动力学模拟,定量评估短程简单结构与中长程复杂结构在决定非晶态固体动力学性能方面的效用.通过海量抽样每种具体玻璃结构的激活能(标识激发难易程度),尝试将结构参数与激活能建立定量关系,从而揭示出非晶态固体结构-性能关系的隐藏主控因素为结构的空间关联,受限比几何结构本身更关键.只有某种结构在空间上呈现亚纳米级的空间关联长度,这种完备结构才有可能有效地决定非晶态固体的力学性能,而短程简单结构则无效.进一步,给出了评价非晶态固体结构预测性能有效性的普适定量方法,为建立广义无序物质的结构-性能关系提供了筛选准则.     

非晶态固体的结构可以决定性能吗?

晶态固体的力学性能与塑性变形主要由结构缺陷, 比如位错的运动决定. 而在非晶态固体中结构如何决定性能, 仍然是固体力学、材料学和凝聚态物理学共同关心但尚未解决的核心问题之一.传统材料学研究的经典范式为"结构决定性能". 遵循这一信条, 已经有大量的实验表征与理论、模拟研究, 尝试将非晶态固体的某种结构特征与性能建立一一对应关系. 但是, 科学界对于非晶固体结构-性能关系成立与否, 以及背后隐藏的规律知之甚少. 本文针对非晶态固体的变形机制以及其微结构特征, 基于分子动力学模拟, 定量评估短程简单结构与中长程复杂结构在决定非晶态固体动力学性能方面的效用. 通过海量抽样每种具体玻璃结构的激活能(标识激发难易程度), 尝试将结构参数与激活能建立定量关系, 从而揭示出非晶态固体结构-性能关系的隐藏主控因素为结构的空间关联, 受限比几何结构本身更关键. 只有某种结构在空间上呈现亚纳米级的空间关联长度, 这种完备结构才有可能有效地决定非晶态固体的力学性能, 而短程简单结构则无效. 进一步, 给出了评价非晶态固体结构预测性能有效性的普适定量方法, 为建立广义无序物质的结构-性能关系提供了筛选准则.      

工程科学前沿的拓荒者——郑哲敏

郑哲敏先生是著名力学家, 我国爆炸力学的奠基人和开拓者, 2012年度国家最高科学技术奖获得者. 本文回顾了郑哲敏先生在过去60多年中非常丰富的科研活动, 特别是他在爆炸加工、地下核爆、爆炸排淤、穿破甲、煤与瓦斯突出、水合物开采、水弹性动力学、材料力学行为等方面的杰出学术贡献. 这些工作闪耀着鲜明的工程科学特点, 即着眼国家重大需求, 从错综复杂的问题中概括提炼关键物理因素, 创新理论, 进而指导实践. 郑哲敏先生的科学贡献和学术思想, 对于力学学科发展, 有着重要的现实意义和参考价值.     

颗粒增强金属基复合材料变形强化中的应变梯度效应

 针对单轴压缩实验,根据颗粒增强金属基复合材料中颗粒和基体两相的局部变形协调条件,并通过简单的位错模型,确定出与变形协调相应的几何必需位错密度,进而导出一种颗粒强化-应变梯度律。从中可以清楚地看出,颗粒增强金属基复合材料的强化由材料的微结构特征几何参数l和基体应变梯度联合控制。对于颗粒含量一定的复合材料,颗粒越小,应变梯度越高,强化效果越好。这一结果揭示了,颗粒强化及尺寸效应主要是通过应变梯度效应来表现的。这也同时说明,应变梯度可能是控制材料变形与断裂的重要因素之一。     

两种典型高熵合金冲击释能及毁伤特性研究

为研究FeNiMoW和FeNiCoCr两种典型高熵合金材料的冲击释能规律, 利用Φ14.5 mm弹道枪发射装置和准密闭试验容器系统开展了两种典型高熵合金破片在不同速度下冲击释能效应试验. 进一步, 利用该试验平台开展两种高熵合金破片侵彻多层目标的毁伤特性研究. 通过改变准密闭试验容器前置钢靶厚度, 研究了两种高熵合金破片对后续多层靶板的侵彻毁伤规律. 研究发现: FeNiMoW和FeNiCoCr高熵合金破片分别在1356 m/s和1217 m/s出现能量释放现象. 低于该撞击速度未发生化学反应. 撞击速度对两种高熵合金破片释能有显著的影响, 随着速度的增加, 两种高熵合金破片冲击释能反应加剧, 超压峰值上升加快. 在1600 m/s左右的撞击速度下, 随着试验容器前置钢靶厚度从1 mm增加至5 mm, FeNiMoW破片超压峰值整体上呈上升趋势, FeNiCoCr破片超压峰值呈下降趋势. 在两种高熵合金破片侵彻多层靶标过程中, 其释能反应程度的降低对破片穿孔能力的增强有一定贡献, 而容器前置钢靶厚度的进一步增大将降低破片对后续多层铝靶的穿孔毁伤能力. 另一方面, 随着前置钢靶厚度的增大, 破片对第一层铝靶的毁伤面积先增大后减小.      

Release Behaviour of Shock Loaded LY12 Aluminium Alloy

By making use of a light gas gun, a specially designed target is impacted by the LY12 flyer, and the pressure is taken in the range of 0.6-3 GPa. Based on the stress profiles measured in the buffer materials by manganese gauges, the Hugoniot curve and release curves of LY12 aluminium alloy are obtained. Meanwhile, the release curves from different initial shocked states are described in both the pressure-particle velocity plane and the pressure-specific volume plane.     

纳秒脉冲激光烧蚀非晶合金的研究进展

非晶合金是一类原子排列处于长程无序状态的新型结构材料，具有一系列优异的力学和物理性能，从而有望应用于国防、空天等关键领域。在这些领域的应用中，非晶合金易受到强激光或空间等离子体的作用而失效。同时，非晶合金在高能激光辐照下的结构响应本身也极具科学意义。因此，近年来这方面的研究得到了越来越多的关注。本文将重点关注纳秒脉冲激光对非晶合金在大气和水环境下的烧蚀，针对熔化、流体动力学失稳、爆炸沸腾、气泡动力学等烧蚀过程中的几种典型现象，简要介绍相关的实验和理论研究进展。最后，对未来值得进一步研究的方向进行了概述。     

Inherent Shear-Dilatation Coexistence in Metallic Glass

Shear deformation can induce normal stress or hydrostatic stress in metallic glasses [Nature Mater. 2 （2003） 449, Intermetallics 14 （2006） 1033]. We perform the bulk deformation of three-dimensional Cu46Zr54 metallic glass （MG） and Cu single crystal model systems using molecular dynamics simulation. The results indicate that hydrostatic stress can incur shear stress in MG, but not in crystal. The resultant pronounced asymmetry between tension and compression originates from this inherent shear-dilatation coexistence in MG.     

凹凸棒土增强聚丙烯复合材料冲击断裂韧性的研究

 用Charpy冲击实验装置研究凹凸棒土（AT）增强聚丙烯（PP）复合材料的断裂韧性。测量AT含量为10wt%~40wt%试样的断裂韧性。结果显示，在AT含量为10wt%~30wt%范围内，复合材料的断裂韧性（G_c）高于纯基体PP．这说明，在一定条件下，加入AT可以改善PP的断裂韧性。     

第三届全国爆炸与冲击动力学青年学者学术研讨会报告综述

简要介绍了第三届全国爆炸与冲击动力学青年学者学术研讨会的情况,概况总结了与会学者所做的报告内容. 报告包括 4 个特邀报告、19 个专题邀请报告和 17 个主题邀请报告,其中主题邀请报告分为爆轰和爆炸动力学、结构动力学和多尺度高性能计算、材料动力学和实验测试技术、复合材料结构的动态力学行为、轻质结构的吸能特性和优化设计等 5 个主题. 研讨会为从事爆炸与冲击动力学的青年学者开展学术交流、建立学术友谊、增强学术合作提供了优秀平台,对学科的建设和发展起到了积极推进作用.