2006年9月20
研究人员发现了一种在极端条件下探索材料的新工具。亚博网站下载
通过将非常大规模的分子动力学模拟与冲击波通过特定金属传播的激光实验的时间分辨数据相结合，美国科学院的科学家们劳伦斯利弗莫尔国家实验室现在能够更好地理解高应变率塑性的演变。
金属的塑性变形是由高密度位错线的运动引起的。强烈的冲击会在金属的晶格中产生异常数量的位错，从而改变金属的力学性能，如强度、延展性和抗断裂和开裂性。
在9月17日出版的《自然材料》(Nature Materials)杂志上发表的一篇论文中，利弗莫尔的研究人员与牛津大学的科学家一起，将亚博网站下载强激波分子动力学模拟与金属的动态实验数据进行了比较和验证。
“我们计算了金属在强冲击波中产生缺陷和松弛所需的时间，”LLNL的论文主要作者Eduardo Bringa说。“我们根据线缺陷(位错)移动足够远以放松应变所需的时间来理解这个时间间隔。我们知道，产生的错位越多，它们移动得越多，压力就越放松。”
然而，研究人员有一个惊喜:如果错位形成太快，它们在移动足够远以放松张力之前就会纠缠在一起。在一个倾斜的压力波(而不是一个突然的冲击)中，更少的位错形成，但它们更有效地缓解压力，因为它们更自由地移动。
“对动力学时间尺度的理解，使我们对激波中的巨大瞬态应力如何与我们对日常条件下材料强度的可靠和真实理解相一致的理解，”该论文的合著者、LLNL的罗伯特·路德(Robert Rudd)说。
Bruce Remington说:“这为在极端条件下探索材料科学新兴领域的新机制提供了一个强有力的工具，例如在NIF计划的实验中预期的那些条件。”Bruce 亚博网站下载Remi亚博老虎机网登录ngton领导了一个为国家点火装置开发此类实验的小组。
包括几个LLNL研究人员在内的一个团队之前使用时间分辨x射线衍射来测量单晶铜片激波前沿后的微观晶格响应和弛缓。受到冲击的铜在不到一纳秒的时间内放松，目前的模拟再现了这个时间尺度。由于LLNL超级计算机广泛的计算能力，这样大规模的模拟首次成为可能。
凝聚态物质的激波压缩发生在多种情况下，包括高速汽车和飞机碰撞、爆炸焊接、装甲穿透、流星撞击、星际尘埃动力学和惯性约束聚变。对于超出弹性极限的激波压缩过程中三维晶格弛豫过程的详细理解，以前还没有实现。
拉德说:“这些结果将帮助我们理解极端材料变形实验期间的预期结果，并更好地设计这些实验。”“高速率的材料变形在爆炸破碎、穿透、碰撞等方面都很重要，从普通的汽车碰撞，到涉及国土安全的那种穿透场景。
该实验室的国防相关任务需要了解金属如何对突然的冲击波和随后的高应变率变形作出反应。为了评估材料在极端变亚博网站下载形条件下的性能和性能，研究人员致力于理解变形和强度的基本起源，以及抵抗塑性变形的能力是如何从晶格位错的集体动力学中产生的。
“在我们计划的材料实验中，我们打亚博网站下载算在非凡的压力和应变率下使固态金属变形，”Remington说。“爱德华多向我们展示了一种非常有前景的解释结果的方法。
Bringa总结道:“实验和模拟的结合为探索未知甚至无法想象的材料动力学领域提供了强有力的组合。”
http://www.llnl.gov