[论文解读] Yielding behavior of glasses under asymmetric cyclic deformation
本研究探讨了在非对称循环剪切形变下模型玻璃的屈服行为，揭示了一种独特的中间应变区，该区域具有高塑性但无屈服现象，且出现在充分退火的玻璃中——这与对称剪切形成鲜明对比。系统尺寸分析表明，该区域随尺寸增大而变窄，导致出现一种反直觉现象：充分退火的玻璃在较低应变幅值下发生屈服，而退火程度较低的玻璃则相反。这一现象通过一种能稳健捕捉动力学行为的介观态模型得到解释。
We consider the yielding behaviour of a model glass subjected to asymmetric cyclic shear deformation, wherein the applied strain varies between 0 and a maximum value $γ_{ m max}$, and study its dependence on the degree of annealing of the glass and system size. The yielding behaviour of well annealed glasses (unlike poorly annealed glasses) display striking differences from the symmetric case, with the emergence of an intermediate strain regime with substantial plasticity but no yielding. The observed behaviour is satisfactorily captured by a recently proposed model. For larger system sizes, the intermediate strain regime narrows, leading to a remarkable reversal of yield strain with annealing.
研究动机与目标
- 理解非对称循环剪切形变如何影响模型玻璃的屈服与塑性行为。
- 研究退火程度与系统尺寸在非对称形变协议下对屈服行为的影响。
- 确定具有高塑性但无屈服的中间应变区是否为充分退火玻璃的普遍特征。
- 检验介观态模型在捕捉观测到的非平衡动力学方面的预测能力。
- 确定有限尺寸效应对非对称剪切中屈服应变反转的影响。
提出的方法
- 对具有不同退火程度和系统尺寸的模型玻璃体系进行无热准静态（AQS）剪切模拟。
- 施加非对称循环剪切协议：0 → γ₁_max → 0 → γ₁_max → …，避免对称地返回零。
- 在不同应变幅值下测量稳态时的最小能量（E_min）、塑性应变（γ_E_min）和最大应力（σ_max）。
- 采用包含能量与塑性应变动态变量的介观态模型，参数范围受限于小区间（δε = 0.05，δγ = 0.1），以匹配模拟数据。
- 通过改变系统尺寸（N）来探究有限尺寸效应对中间区域及屈服转变的影响。
- 将模拟结果与模型预测进行比较，以验证模型再现关键特征的能力。
实验结果
研究问题
- RQ1与对称剪切相比，非对称循环剪切形变如何改变充分退火玻璃的屈服行为？
- RQ2充分退火玻璃中具有高塑性但无屈服的中间应变区的性质与稳定性如何？
- RQ3系统尺寸如何影响该中间塑性区的出现及其宽度？
- RQ4介观态模型是否能准确再现模拟中观测到的非单调应力与能量演化？
- RQ5在非对称剪切下，屈服应变对退火程度的依赖关系如何？与对称剪切相比是否出现反转？
主要发现
- 在非对称循环剪切下，充分退火玻璃表现出一个显著的中间应变区（γ_peak < γ₁_max < γ_diff），该区域具有显著的塑性应变但无屈服现象，而对称剪切中则不存在此现象。
- 随着系统尺寸增大，该中间区域逐渐变窄，表明其为有限尺寸效应，将在热力学极限下消失。
- 对于大尺寸系统（N > 4000），应力最大值出现在γ_peak ≈ 0.1处，且应力下降过程随尺寸增大而变得更陡峭。
- 在非对称剪切下，充分退火玻璃的屈服应变γ_diff预测值小于退火程度较低的玻璃，与对称剪切中的趋势相反。
- 当参数范围受限于小区间（δε = 0.05，δγ = 0.1）时，介观态模型成功再现了模拟数据的关键特征，包括能量与塑性应变的演化。
- 模型与模拟结果在定性上的一致性表明，塑性应变的演化是决定非对称形变下屈服行为的关键且非平凡因素。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。