有助于防止工业零件损坏的新发现

工业零件损坏不但会增加成本，而且会为个工人带来安全隐患。来自日本的科学家现在模拟了具有特定物理特性的材料中开始的断裂，这些研究有助于防止工业零件的损坏。

回形针多次来回折叠，可能会突然折断，这就是金属部件的“疲劳”现象，当一个物体受到循环加载和卸载应力时，裂缝和缺陷就会积累。材料疲劳会造成经历多次应力循环的部件突然失效，其后果可能是灾难性的。

现在东京大学工业科学研究所(Institute of Industrial Science，University of Tokyo)的一组科学家利用计算机模拟研究了非晶态固体(如玻璃或塑料)低周期疲劳断裂的物理机制。晶体材料由于疲劳，其预先存在的缺陷和晶界会引发断裂，而非晶体材料中的相应机制还不清楚。

合著者Yuji Kurotani 说，他们证明了无序材料中跟不可逆变形的开始相对应的临界应变对于疲劳和单调断裂是相同的。这是因为，对于普通的非晶态系统，更高的密度会导致更多的弹性和更慢的动态。机械性能的这种密度依赖性，使剪切变形跟密度波动相联系。然后，循环剪切可以放大密度波动，直到样品通过空化而破裂，其中产生了空隙。

作者认为，这些结果应该用实验来证实，这也将帮助材料科学家更好地理解断裂的启动。

图1 科学家模拟了非晶材料在循环疲劳和恒定应力作用下的断裂，展示了各种破坏模式，有助于提高材料的可靠性