Page 44 - 《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

核与长大阶段的临界点，定性上对应着聚集临界损伤度，第二个转折点为材料从损伤到断裂的过渡，对
应着断裂临界损伤度。损伤到断裂的过渡物理图像可以参见图 13 中单晶 Sn 的微层裂 t = 60～70 ps 时
演化过程。这进一步说明经典层裂中确实存在两个损伤临界点，在孔洞体积分数历史中表现为两个指
数增长的转折点。在微层裂中，V 曲线并没有展现出明显的第二转折点，即没有材料损伤到断裂转折
f
点，原因在于：一方面，从物理图像而言，如图 14 和图 15 所示，u =1.0 和 1.5 km/s 时，内部层裂区紧密连
p
接层裂片与母体，未展示出断裂迹象（即层裂片脱离母体）；另一方面，V 后期的增加主要来自于内部微
f
层裂区的增长，且不属于灾变式的增长方式。
上述分析表明：第一，冲击速度影响孔洞体积分数大小、变化趋势与孔洞体积分数差值；第二，相同
冲击速度不影响单晶和纳米多晶 Sn 的孔洞体积分数变化趋势。

3 结 论

基于非平衡态分子动力学方法，采用 LAMMPS 软件模拟了冲击速度为 0.5, 1.0, 1.5 km/s 下单晶和纳
米多晶 Sn 的经典层裂与微层裂行为，重点分析了加载过程中应力波传播规律，应力波剖面与原子结构
的关系以及微层裂过程。主要结论如下：
(1) 加载速度对单晶 Sn 模型中波形演化没有影响，但对纳米多晶 Sn 模型中的波形演化却有影响；
此外，纳米多晶 Sn 的经典层裂中波形前沿宽度主要受晶界滑移影响；
(2) 在经典层裂中，单晶和纳米多晶 Sn 孔洞演化行为的差异主要体现在成核位置、空间分布、长大
区域以及层裂片与靶体之间的联系等方面；在微层裂过程中，单晶和纳米多晶 Sn 的孔洞形貌演化基本
一致；
(3) 纳米多晶 Sn 模型的经典层裂与微层裂的主要区别之一是断裂方式；经典层裂以沿晶断裂为主，
微层裂中则存在沿晶断裂、晶内断裂和穿晶断裂方式；
(4) 孔洞体积分数表现为非线性指数增长，相同冲击速度下单晶和纳米多晶 Sn 孔洞体积分数变化
规律一致；经典层裂中孔洞体积分数曲线的两个转折点分别表示孔洞成核与长大的过渡和材料从损伤
到断裂的灾变性转变。

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