Page 43 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 杨 鑫，等： 单晶与纳米多晶锡层裂的分子动力学研究 第 2 期

0.10 0.30

SC Sn SC Sn
0.08 NC Sn 0.25 NC Sn
0.20
0.06
V f 0.04 V f 0.15
0.10
0.02
0.05
0
0
40 45 50 55 60 65 70 75 35 40 45 50 55 60 65 70 75
Time/ps Time/ps
(a) u p =0.5 km/s (b) u p =1.0 km/s
0.45 0.03
0.40 SC Sn
0.35 NC Sn 0.02
0.30 0.01
0.25 u p =0.5 km/s
V f 0.20 ΔV f 0 u p =1.0 km/s
0.15 −0.01 u p =1.5 km/s
0.10
0.05 −0.02
0 −0.03
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
Time/ps Time/ps
(c) u p =1.5 km/s (d) The difference of void volume fraction

图 18 孔洞体积分数 V f 与体积分数差值 ΔV f 演化过程

Fig. 18 Evolutionary processes of void volume fraction V f and its difference ΔV f
在图 18(b) 中，当 u = 1.0 km/s 时，单晶 Sn 模型中孔洞仍然首先成核，单晶和纳米多晶 Sn 模型的孔
p
洞体积分数变化趋势一致，皆为指数增长。相比 u = 0.5 km/s 的孔洞体积分数变化趋势，u = 1.0 km/s 的
p
p
V 曲线没有出现第二转折点。在图 18(b) 中，可以发现 t = 50～70 ps 时，单晶和纳米多晶 Sn 模型中孔洞
f
主要处于长大与贯穿阶段，内部层裂区域材料紧密地连接层裂片与母体，导致层裂片不能快速地分离或
脱离母体，这或许是不产生明显灾变转折点的原因。在图 18(d) 中，u = 1.0 km/s 的 ΔV 呈现出先增加，后
f
p
缓降，最后基本上保持不变的趋势，表明单晶和纳米多晶 Sn 孔洞体积分数差值主要体现在成核和初期
长大阶段，本质上反映了孔洞成核与长大方式的区别。
在图 18(c) 中，当 u = 1.5 km/s 时，纳米多晶 Sn 模型中孔洞首先成核，单晶和纳米多晶 Sn 模型的
p
V 曲线变化趋势一致，同样皆为指数增长。在图 18(c) 中，可以发现 t = 40～70 ps 时，单晶和纳米多晶
f
Sn 模型中孔洞主要处于成核、长大与贯穿阶段，且在贯穿阶段内部层裂区域材料紧密地连接层裂片与
母体，难以导致层裂片快速地分离或脱离母体。在图 18(d) 中，可以明确发现，ΔV 为负数，即说明纳米多
f
晶 Sn 的孔洞体积分数一直大于单晶 Sn；ΔV 表现出先增后降趋势，表明单晶和纳米多晶 Sn 孔洞体积分
f
数的差值主要体现在长大和贯穿阶段。
当 u = 0.5 km/s 时，单晶和纳米多晶 Sn 的 V 变化趋势一致，呈现双指数增长；当 u = 1.0 和 1.5 km/s
f
p
p
时，单晶和纳米多晶 Sn 的 V 变化趋势一致，表现为指数增长，这与不同冲击速度下单晶 Al 的 V 变化趋
f
f
势一致 [60] 。上述分析认为，在经典层裂中，V 的第二次指数增长转折点是材料发生灾变性断裂的临界
f
点，表面上预示着层裂片与母体分离，实质上却反映了材料从损伤到断裂的过渡。贺红亮 [61] 深入分析了
材料损伤到断裂过程的物理机制，提出聚集临界损伤度和断裂临界损伤度，用以描述延性断裂过程由缓
慢演化过渡到特征临界状态、再到灾变断裂的演化规律。可以看出，经典层裂中第一个转折点为孔洞成

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