金属玻璃变形的泊松效应及受限变形诱导强化

魏宇杰研究员: 1997年北京大学力学系本科毕业，2000年在科学院力学研究所获硕士学位；2001-2006在麻省理工读博士并取得博士学位。2006-2008在布朗大学工程中心做博士后研究；2008-2009在阿拉巴马大学机械工程系任助理教授；2010开始在力学研究所任研究员，科学院百人计划入选者；2014年获得国家自然科学基金委杰出青年基金支持。他的主要研究内容为材料的塑性变形机理与界面力学行为，已在包括Nature，Nature Materials, Nature Communications, Nano Letters，Proc. Nat. Acad. Sci. USA.，Adv. Mater., J. Mech. Phys. Solids，Acta Mater. PRB, Sci. Rep.等杂志发表SCI论文50余篇。

在金属玻璃剪切带提供塑性变形的情况下，我们推导了剪切带特征宽带与长度和泊松比之间的关联，发现剪切带的特征宽带随着泊松比的增加而变小：塑性变形在泊松比接近0.5时将变得均匀，呈现宏观均匀塑性流动。同时，通过小平板测试发现，剪切带的内禀强度低于金属玻璃未变形时的强度，相差约20%。进一步通过宏观实验表明，在金属玻璃试样存在表面凹槽时，其剩余部分强度随着凹槽的深度增加而减小。这一现象，与传统的脆性材料在应力集中的环境下，强度随着应力集中因子而减小的观察相对立。金属玻璃试样随凹槽而强度增加的原因在于变形机制的改变：在深凹槽情况下，由于径向变形受到限制，凹槽顶端的静水张应力增加，破坏机制有通常的剪切带破坏转化为模式一断裂；前者的强度由剪切强度控制，后者的强度由正应力强度决定。理论分析以及原子尺度与有限元尺度的模拟都证实了我们的实验观察。

References:

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2. Lei, X., Li,C., Shi,X., Xu,X., Wei, Y*. Notch strengthening or weakening governed by transition of shear failure to normal mode fracture. Sci. Rep. 5, 10537; doi: 10.1038/srep10537 (2015).

3. Wei YJ. The Intrinsic and extrinsic factors for brittle-to-ductile transition in bulk metallic glasses, Theor. Appl. Frac. Mech. 71, 76-78 (2014).

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5. Wei, Y*. Lei, X., Huo, L.S., Wang, W.H., Greer, A.L. Towards more uniform deformation in metallic glasses: The role of Poisson's ratio, Mat. Sci. Engng A 560, 510-517(2013).