Page 6 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 陈嘉琳，等： 重复冲击载荷下Al 0.3 CoCrFeNi高熵合金的动态响应机制与累积损伤效应 第 3 期

析化学短程有序对局部应力分布的影响 [25-26] ，这些特性为实验难以直接观测的瞬态现象提供了理论补
充。MD 模拟研究表明，HEA 的动态竞争关系受晶粒尺寸、化学短程有序度 [27] 及应变率 [28] 调控。例如，
纳米晶 CoCrFeMnNi 高熵合金在冲击波传播中呈现 Hall-Petch 与逆 Hall-Petch 行为的转变 [29] 。此外，
MD 模拟还揭示了不同相组分在冲击载荷下的动态演化，进一步深化了对 HEA 变形机制的理解。然而，
现有的 MD 模拟多采用一维简化冲击波模型 [30-33] ，无法真实表征冲击载荷下三维多晶体系中晶界-位错
的动态交互过程。特别是在多次冲击条件下，现有模拟难以捕捉位错网络与晶界之间的动态相互作用，
以及位错滑移和孪晶等变形机制的协同效应。
因此，本文采用 MD 方法，对 Al CoCrFeNi 高熵合金进行重复冲击模拟，旨在从微观层面探讨
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Al 0.3 CoCrFeNi 高 熵 合 金 板 在 重 复 冲 击 作 用 下 的 变 形 机 制 、 能 量 耗 散 及 应 力 分 布 ， 解 析 冲 击 过 程 中
Al CoCrFeNi 高熵合金板的动态缺陷演化机制，揭示多次冲击累积损伤的微观效应，确定在已知首次和
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二次冲击速度条件下，使二次冲击不受首次冲击影响并且毁伤不叠加的最小距离，以期能够精确预测二
次冲击的影响范围，为特定打击场景提供重要指导，同时，为抗重复打击材料的优化设计提供理论支撑。

1 模型建立与分析方法

利用大规模原子并行模拟器 LAMMPS [34] 对 Al CoCrFeNi 高熵合金进行重复冲击模拟。为构建靶
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板原子模型，首先以 FCC 晶格为基础结构，初始化 Cr 单晶体系，随后按化学计量比 n(Al)∶n(Co)∶
n(Fe)∶n(Ni)∶n(Cr)=0.3∶1∶1∶1∶1，通过随机替换策略将 Co、Fe、Ni 及 Al 原子置入晶格位点，确保原
子分布满足 Al CoCrFeNi 高熵合金的固溶体特征。最终建立的靶板模型尺寸为 80 nm×80 nm ×10 nm，
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冲击体由直径 6 nm 的 Co 原子刚性球构成，如图 1 所示。动力学模拟采用 1 fs 积分步长，以平衡计算效
率与时间分辨率的需求。

Rigid atom ball

Al Fe Ni Cr Co

图 1 Al 0.3 CoCrFeNi 高熵合金冲击模型
Fig. 1 Impact model of Al 0.3 CoCrFeNi high-entropy alloy

在模拟过程中，Al CoCrFeNi 高熵合金中各原子间的相互作用通过嵌入原子方法（embedded atom
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method, EAM）势函数描述 [35] 。已有研究 [25, 36] 已经充分验证了所使用势函数的准确性，并论证了该势函
数在应对多种极端条件下的可靠性，证明该势函数在描述金属及其合金体系中的原子间相互作用具有

良好的适用性及其在预测微观结构演化及相应力学响应方面的精确性。EAM 基于密度泛函理论，结合
有效介质理论和准原子近似理论，将每一个原子视为嵌入在基体中的外部杂质。根据 EAM，系统的总势

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