基于弹簧网络模型表征金属玻璃在单轴拉伸下的力学响应

金属玻璃常被用作结构材料。因此,在加载前开发方法以预测其随微观结构变化的力学响应十分重要。我们建立了一个粗粒化弹簧网络模型,该模型使用等效的串联弹簧网络描述金属玻璃的力学响应,弹簧可断裂并重组以模拟变形过程中的原子重排。为验证模型,我们对Cu$_{50}$Zr$_{50}$金属玻璃的Lennard-Jones和嵌入原子法(EAM)势进行了准静态单轴拉伸模拟。我们考虑了以广泛冷却速率制备且具不同晶态有序度的样品。我们表明Lennard-Jones与EAM模型均具有定性相似的应力$\sigma$–应变$\gamma$曲线。通过指定弹簧网络模型中的五个参数(极限强度、极限强度处应变、$\gamma=0$与大应变下$\sigma(\gamma)$的斜率,以及$\sigma=0$的断裂应变),我们能够准确描述Cu$_{50}$Zr$_{50}$计算研究以及近期若干Zr基金属玻璃实验研究在单轴拉伸过程中的应力–应变曲线形式。对于Cu$_{50}$Zr$_{50}$的计算研究,我们发现相较于快速冷却玻璃,慢速冷却玻璃的屈服应变分布向更大应变偏移。此外,新弹簧的平均数量及其形成速率随冷却速率降低而减小。这些效应在大应变下相互抵消,致使该区间内应力–应变曲线与样品制备方案无关。在未来研究中,我们将从单轴变形过程中发生的原子重排直接提取定义弹簧网络模型的参数。