Falk M L Langer J S

1 约翰霍普金斯大学材料科学与工程系、机械工程系、物理与天文系, 马里兰州巴尔的摩 21218

2 加州大学物理系, 加利福尼亚州圣巴巴拉 93106-9530

1 概 述

类固体非晶态材料的变形和破坏是一个广受关注且历史悠久的话题. 这类材料包括结构和金属玻璃、玻璃态聚合物、 致密胶体悬浮液、多种颗粒物质以及种类繁多的生物物质. 尽管这些材料固有的无序带来了诸多挑战, 但因它们广泛的应用而备受关注. 其中, 对它们失效模式的预测至关重要. 在整个20世纪后半叶, 不同的物理和材料学家团队对外力驱动下的非晶态固体行为开展了研究. 近年来, 该领域得到了迅速发展, 这主要源于从数值模拟中所获得的深入认识(Falk & Maloney 2010), 部分归因于一些新理论概念的引入. 然而, 是否存在一个被广泛认可的、从第一性原理出发的类固体非晶态变形理论的基本表述,仍是一个具有争议的话题.

计算机推动的进展之一是非晶塑性的剪切转变区理论, 该理论由我们在1998年提出(Falk &Langer 1998), 之后经历了一系列的改进和发展(Langer & Pechenik 2003; Falk et al. 2004; Langer 2004, 2008; Pechenik 2005; Bouchbinder et al. 2007a, 2007b). 本综述将主要围绕剪切转变区理论展开讨论. 我们主要强调两点: (1)剪切转变区理论源于分子重排本质这一特定假设, 最终实现实验数据的验证性预测; (2)通过在非平衡态热力学基本原理框架下构建理论, 增强了这些理论假设的合理性.

从一开始, 剪切转变区理论 (Falk & Langer 1998)就旨在成为Turnbull等(Turnbull & Cohen 1970, Spaepen 1977, Argon 1979, Spaepen & Taub 1981, Argon & Shi 1983) 流动缺陷理论的延伸, 这些理论中分子团簇在外加剪应力作用下发生不可……