金属内冲击波跨晶界传播的应力分配机制初探

冲击波跨越晶界过程中的应力分配机制对于深入理解冲击波与多晶金属材料的相互作用现象和塑性机理有重要意义。为探明该机制,采用分子动力学,对4种面心立方(FCC)晶格金属展开研究,细致统计分析了冲击波在单晶金属{100}晶面内随晶向角变化的应力生成特征及冲击波跨过单一晶界前后的应力状态和大小关系。结果表明:(1)垂直和平行于冲击波运动方向的应力分量随晶向角呈现不同的变化特征,这种应力生成差异的根源来自晶格原子排列导致的受力差异和原子间作用力机制,而其生成差异的结果恰恰是不同晶向塑性差异的主要原因;(2)弹性冲击波跨过单一晶界前后的应力状态存在一定的分配转换关系,由一个独立的应力分配张量D确定,不同FCC晶格元素的D张量形式一致,系数差异小,具有一定的通用特征;(3)验证表明,对于给定的FCC晶格金属,D具有一致的可预测特性,反映了冲击波与晶格相互作用的本质特征。