非晶材料的屈服、剪切带形成与脆性失效

自然界与技术中广泛存在的诸多过程受这样一种动力学转变支配：材料从初始类固态继而发生塑性屈服。尚未解决的重要问题包括：任意材料究竟会平滑渐进地屈服（延性行为）还是突发灾难性地失效（脆性行为）；样品退火、无序与剪切带形成在屈服与失效起始中的作用；以及从实用角度看最为重要的是，任何即将发生的灾难性失效能否在事前被预见。我们通过在一个最小介观晶格弹塑性模型中研究缓慢剪切下非热非晶材料的屈服来探讨这些问题。我们的贡献有四点。首先，我们阐明了对于任意给定退火程度，屈服将呈延性还是脆性。其次，我们表明屈服包含两个明显阶段：失效前阶段，其中少量应变非均匀性缓慢累积，随后是灾难性脆性失效事件，其中裂纹通过一条协同的塑性事件线在样品中快速扩展。第三，我们给出了失效前阶段中缓慢增长的应变非均匀性水平的表达式，用宏观应力-应变曲线与样品尺寸表示，并与我们的模拟结果高度吻合。第四，我们阐明了裂纹随后成核的基本机制，并给出了由样品固有无序（用单一退火参数与系统尺寸表示）所决定的失效时剪切应变概率分布的近似表达式。