西北工业大学力学与土木建筑学院乔吉超教授团队与合作者在非晶合金粘弹性力学研究领域取得新进展。该工作以记忆效应相关的分数阶算子为基础，考虑了非晶固体动态力学响应同时满足热力学上的约束，以熵或焓波动的准点缺陷作为内在驱动，构建了物理意义清晰的分数阶粘弹性力学模型，揭示了非晶合金固有微观结构非均匀性的演化规律。相关成果以“Physics-motivated fractional viscoelasticity model for dynamic relaxation in amorphous solids”为题，发表在《International Journal of Plasticity》。

力学与土木建筑学院2021级硕士研究生朱凡为第一作者，乔吉超教授为通讯作者。论文其他作者为：力学与土木建筑学院博士生邢光辉，吕国建副教授和博士生张浪渟，中国科学院力学研究所王云江研究员，香港城市大学杨勇教授以及法国国立里昂应用科学学院Jean-Marc Pelletier教授。

图1 论文首页信息

非晶合金是由过冷液体通过急速快冷方式获得的玻璃态物质，在微观结构上，其原子排布长程无序。研究结果表明，非晶合金动态弛豫行为与其塑性变形、原子扩散、玻璃转变和晶化行为等紧密关联，这为理解非晶合金力学和物理性能提供了重要切入口。

针对上述问题，乔吉超教授课题组与合作者以典型Zr基非晶合金为模型体系，深入探索了非晶合金动态弛豫行为。由于非晶合金微观结构非均匀性，其动态弛豫行为无法采用传统Debye弛豫模型描述。该研究中，由幂律形式推导改进的分数阶(MF)模型充分考虑了非晶合金动态结构非均匀性，尤其是该假设可由基于熵或焓波动的准点缺陷理论进一步进行物理解释。研究结果表明，MF模型可成功描述非晶合金动态弛豫行为，该工作从理论上厘清了非晶合金缺陷浓度随温度演化规律。为更好理解非晶合金微观结构非均匀性，该工作对非晶合金动态特征弛豫时间分布进行了离散化处理，建立了离散后非晶合金弛豫时间分布与剪切转变区之间关联。

图2 非晶合金动态弛豫行为连续和离散谱模型

该研究工作得到国家自然科学基金(项目批准号：51971178，12072344和52271153)、陕西省杰出青年科学基金(项目批准号：2021JC-12)、中央高校基本科研业务费资助项目(项目批准号：D5000220034)以及中国科学院青年创新促进会的支持。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0749641923000748

图文：乔吉超 朱凡

审核：温世峰