基于非高斯参数研究不同成分的Cu-Zr合金动力学不均匀性

利用分子动力学模拟技术,模拟了3种不同成分Cu-Zr合金的玻璃转变过程,利用不同温度下非高斯参数的变化来表示成分变化对Cu-Zr合金体系的动力学不均匀性的影响。经研究发现,三种不同成分的Cu-Zr合金的非高斯参数在β弛豫阶段与时间满足幂律函数,同时低温下非高斯参数峰值αmax随温度的变化符合Arrhenius函数,高温下偏离Arrhenius函数,而且两函数中的参数数值接近。结果表明,Cu-Zr合金成分变化对非高斯参数影响很小,即Cu-Zr合金体系的动力学不均匀性受成分变化的影响较小。

关于单元体系Cu的玻璃转变过程中动力学不均匀性的研究

基于分子动力学模拟技术,采用非高斯参数α2(t)来描述单元体系Cu的玻璃转变过程中动力学不均匀性的变化.研究表明在β弛豫阶段,非高斯参数α2(t)随时间的变化满足幂律函数,而非高斯参数峰值αmax和β弛豫时间τβ与温度的关系均符合Arrhenius函数,且温度越接近玻璃转变温度T g,体系的动力学不均匀性越明显.

原子尺寸对Lennard-Jones液体玻璃转变过程中动力学不均匀性的影响

采用分子动力学模拟技术,通过对非高斯参数α2(t)、粘度η等动力学参数的计算探究了原子尺寸对Lennard-Jones(LJ)液体在玻璃转变过程中动力学不均匀性的影响.结果表明在玻璃转变温度Tg附近,原子尺寸越小,粘度值增加越显著,且粘度随温度的变化满足Vogel–Fulcher–Tammann(VFT)方程;β弛豫阶段的非高斯参数α2(t)与时间的关系满足幂律函数,且随着原子尺寸的减小动力学不均匀性越来越明显.

密集颗粒体系的颗粒运动及结构测量技术

颗粒材料由大量粗颗粒堆积形成,是复杂的多体相互作用体系,呈现出颗粒尺度的结构不均匀和动力学不均匀性的基本特征,这决定了颗粒材料具有很多独特的宏观性质.借鉴学科历史的发展途径,基于统计力学,从颗粒结构和动力学开始建立颗粒材料体系的宏观连续介质力学理论框架是必然途径.但是,颗粒材料的基本特征决定了从基本理论到实验手段上,表征与建立颗粒材料结构与性能的相关性都极其困难.这是由于现有测试分析手段所描述的颗粒系统组织结构过于简单化,缺乏对颗粒结构和动力学的真正认识,从而制约了颗粒物质研究的发展.因此,开展颗粒体系结构和动力学性质的测量,是理解和认识颗粒材料重要物理和力学问题的基础和依据.笔者来自不同的科研院所,近十年来开展了颗粒体系结构和动力学性质的测量研究,主要集中于以下两个方向:(1)数字图像测速法、散斑能见度光谱法和X射线-CT等非侵入式测量技术在颗粒运动方面的应用;(2)体积响应谱、力学谱(有效质量和内耗等)和声速测量技术等直接或间接测量颗粒接触力和颗粒结构技术.本文综述了这些实验手段的基本原理及其特点、取得的主要成果,以及国际最新进展和困难.最后是对全文的总结,结合笔者开展测量的经验和教训,提出了自己的看法,并试图展望颗粒材料测量技术研究的前景.

颗粒介质的结构及热力学

颗粒介质具有远程无序和近程有序的结构,是产生动力学不均匀性(dynamical heterogeneity)和复杂不可逆过程的根源.本文分析了颗粒介质的结构特征、变形和能量耗散之间的内在关联,讨论了颗粒介质的弹性,提出了流变应变增量、耦合应变增量和弹性应变增量的应变增量分解方式.沿用非平衡热力学框架,引入表征运动无序的动理学颗粒温度Tk和表征弹性应力涨落的构型温度Tc,作为非平衡态变量,建立了双颗粒温度热力学(two-granular-temperature thermodynamics,TGT理论),注重分析了不可逆过程中的热力学力和流,并与著名的砂土内变量热力学进行了对比.