2018-12-08 18:48:01
无定形固体是弹性还是塑性

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在结晶固体中,原子形成有序晶格。结晶固体对小的变形产生弹性响应:当去除施加的应变时,宏观应力以及原子晶格的微观结构会回到原始状态。另一方面,如果材料没有返回其原始状态,则材料表现为塑性。通常,塑性仅在变形足够大时发生。

与晶体不同,无定形固体,例如玻璃,颗粒物质,凝胶,泡沫和乳液,具有无序的颗粒构型。无定形固体如何对小变形做出反应?标准弹性可以描述无定形固体?

为了回答这个问题,中国科学院理论物理研究所(ITP)的金玉良博士和他的合作者使用数值模型系统系统地研究了无定形固体的力学性质。

尽管在释放小的变形时,诸如应力和应变的宏观特性是可逆的,但是微观配置可能是不可逆的。在扰动前和扰动后配置之间切换所需的工作是无穷小的。这种无定形固体称为边缘稳定,是由所谓的加德纳转变产生的,正如最近通过平均场理论所预测的那样。

研究人员进一步建立了硬球无定形固体的稳定性 - 可逆性图,它统一了机械性能,包括弹性,可塑性,屈服和干扰。

根据稳定性 - 可逆性图(图1),无定形固体具有两种典型行为,这取决于体积和剪切应变的程度。在稳定区域,无定形固体真正具有弹性和可逆性,就像晶体一样。另一方面,在边缘稳定的区域,弹性不可避免地与可塑性混合,即使对于无穷小的变形也是如此。边缘稳定的无定形固体仅部分可逆。

该研究表明,需要一种更完整的弹性理论 - 能够正确地结合无定形固体的理论。它还为下一代机械材料(如金属玻璃)的设计提供了重要的见解。

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