近期，《Int. J. Mech. Sci.》和《J. Mech. Phys. Solids》报道了北京大学工学院力学与工程科学系韦小丁研究员课题组在金属玻璃内禀结构非均匀性多尺度分布特征的定量表征，以及非均匀性演化与宏观材料力学性能的关联关系方面研究进展。

　　课题组提出三维傅里叶分析的方法定量表征金属玻璃从原子尺度到纳米尺度等多个尺度上的结构非均匀性强度特征。研究发现金属玻璃在屈服后的均匀塑性变形能力与其在纳米尺度上的非均匀性强度具有显著的线性正相关特征。这项研究表明了调控金属玻璃在较大尺度上的非均匀性程度是抑止剪切带失稳、提升材料宏观塑性变形能力的有效手段。课题组进而基于热力学框架提出了能够描述金属玻璃内禀结构非均匀性演化的力-化学耦合连续介质模型，建立了微观结构演化与宏观塑性流动的关联。该模型成功模拟了金属玻璃在单轴拉伸以及简单剪切下的剪切带失稳和剪胀效应。进一步，课题组成功揭示了在低应力和高应力水平下金属玻璃蠕变行为的标度率转变起源于热能梯度驱动和应变能梯度驱动的两种不同的原子扩散机制（见图12）。在低应力情况下，非晶合金的蠕变伴随着原子沿着浓度梯度流动，材料趋于均匀；而在高应力下，非晶合金的蠕变伴随着原子沿着应变能梯度流动，材料的非均匀性逐渐加强直至失稳。新的连续介质本构理论有助于人们更加深刻的理解金属玻璃乃至非晶体系中的微观结构与宏观性能的关系。

　　以上研究获得国家自然科学基金基础科学中心项目“非线性力学的多尺度问题研究” (基金号11988102) 资助。论文链接：

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020740321003052 

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002250962030435X

图12: 上图,金属玻璃蠕变的两种微观粒子流动机制。低应力下原子由热能梯度驱动向自由体积更大（更松散）的区域迁移，高应力下原子由应变能梯度驱动向自由体积更小（更密实）的区域迁移从而促进剪切带的萌生。下图,单轴拉伸下主剪切带的萌生与发展。