金属玻璃（MGs）也被称为非晶合金，作为理解类固体非晶态材料变形的理想模型已被广泛研究。室温下，金属玻璃以剪切带的形式发生变形，这种变形往往会导致灾难性的破坏，其延展性十分有限。这是金属玻璃的固有缺陷，阻碍了其在工程领域的进一步应用。揭示剪切带的起源需要了解金属玻璃的塑性变形机制，但由于其固有的结构无序性，这颇具挑战性。
近日，中国科学院力学研究所研究员戴兰宏教授、蒋敏强教授等人结合非平衡热力学，通过扩展经典的剪切转变区（STZ）理论，开发出了一种考虑剪切与膨胀固有缠结的非晶态固体本构模型。相关研究成果以“A constitutive model for amorphous solids considering intrinsic entangling of shear and dilatation, with application to studying shear-banding”为题在Journal of the Mechanics and Physics of Solids上发表。
研究人员通过将非平衡统计概念引入经典的有限变形连续介质框架，为非晶态固体的变形发展出了一种新的连续介质热力学理论。在新开发的框架内，构建了一个考虑剪切与膨胀相互缠结的有限变形本构模型，用以预测金属玻璃的均匀变形和剪切局部化变形。在该本构模型中，剪切转变（ST）对膨胀的影响可通过构形温度的平衡方程来体现。此外，膨胀对剪切转变的影响能够通过扩展的剪切转变理论很好地加以描述。为验证新模型的预测能力，我们将该模型应用到有限元代码中；然后，对室温下金属玻璃的拉伸和压缩变形进行了建模。由于很好地把握了剪切-膨胀相互缠结的机制，所构建的模型能够很好地描述金属玻璃的局部变形行为，并且能够很好地解释室温下剪切带的形成。在弹性变形过程中，弹性变形与膨胀之间的耦合效应在宏观尺度上呈现出类似泊松效应的现象。这种相互作用在结构恢复和物理老化方面起着至关重要的作用，而这两者是影响金属玻璃屈服应力和应变软化的关键因素，也是造成金属玻璃中拉压不对称现象的主要决定因素。弹性拉伸和压缩变形会导致不同的微观结构演变，而这最终决定了剪切带情形的差异，即剪切在压缩试样中是沿剪切带的整个长度同时发生，而在拉伸试样中则是从局部前沿开始并在整个试样中传播。此外，当从局部前沿开始时，基体内部弹性应力场的显著波动在其自催化传播过程中起着关键作用。
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