金属玻璃塑性局域重组方向敏感性研究

The dislocation slide mechanism is the main micro theory in metallic plastic deformation, and the dislocation in the crystalloid is a type of topological defect, moreover there are two kinds of dislocations named screw dislocation and edge dislocation based the geometry pattern, which response with different external stress. Contrast with crystalloid, there is still unclear that whether topological defects exist in metallic glasses which lack of long order symmetry, however, there are local plastic deformation in metallic glasses, called shear transformation. Although, many defects model are constructed to explain the plastic deformation mechanism in metallic glasses, such as free volume and anti-free volume model presented by Egami, two State STZ theory by Falk etal, and TTZ model by Jiang, there is lack of directly experimental or simulation evidence. Thus that is the aim of this research. Using molecular simulation method, the sensitivity of load direction in the shear transformation of metallic glasses is investigated, and the evidence of directional sensitivity in local plastic rearrangement of metallic glasses will be presented, and furthermore it will provide a micro foundation of plastic theory in metallic glasses.

位错滑移机制作为金属晶体塑性变形的主要微观机制，晶体中位错是一种拓扑缺陷，可以根据形态分为螺位错和刃位错，这两种形式的位错对应力场的响应不同。 相对应于晶体的金属玻璃因为缺乏长程序，至今里面的是否存在拓扑缺陷还不清楚，然而在金属玻璃中仍存在局域化塑性变形，被称为剪切转变。尽管关于金属玻璃塑性微观模型中，人们也引入了多种不同缺陷模型，如Egami的自由体积反自由体积，Falk等的双态剪切转变区或是蒋敏强等提出的TTZ模型，但是这些模型都缺乏实验或模拟上的直接证据。本项目的立足点也在于此，拟利用分子动力学模拟的方法，研究金属玻璃剪切转变过程中的加载方向的敏感性问题，找到金属玻璃里面塑性局域重组对方向敏感性的证据，进而为金属玻璃的塑性理论提供微观基础。

结构与性能的关联一直以来是金属玻璃领域热门研究课题，一个主要的研究目标是明白无序结构对于金属玻璃性能的影响，由于金属玻璃微观结构的无序性，从单纯几何结构定义结构缺陷非常困难，但是可以通过结构对外界的响应来定义不同的结构，如利用变形特性来定义的剪切转变区，或者粘弹性特定义的流动单元等。本项目出发点是研究金属玻璃结构的方向敏感性，详细地研究了温度场和应力场对金属玻璃性质的影响，解决了以下科学问题。1.结合分子动力与连续介质力学，研究了金属玻璃热膨胀系数非均匀性,以及低温热循环对热应力的影响，从定性上解释了金属玻璃在低温循环作用下的年轻化行为。2.利用分子动力学进行动态力学响应谱分析，研究了不同局域尺度下的局域动态模量谱，得到了金属玻璃弛豫行为中的延展指数不随尺度变化的规律, 为延展指数起源提供模拟证据。3. 在不同方向加载下研究在弹性区域内锯齿统计行为，发现弹性区域锯齿行为不同于塑形锯齿流动区，具有不同的锯齿指数，并发现在弹性锯齿在统计上可以反映金属玻璃的韧脆性能。