工業(yè)零件損壞不但會增加成本，而且會為個工人帶來安全隱患。來自日本的科學家現(xiàn)在模擬了具有特定物理特性的材料中開始的斷裂，這些研究有助于防止工業(yè)零件的損壞。

回形針多次來回折疊，可能會突然折斷，這就是金屬部件的“疲勞”現(xiàn)象，當一個物體受到循環(huán)加載和卸載應力時，裂縫和缺陷就會積累。材料疲勞會造成經(jīng)歷多次應力循環(huán)的部件突然失效，其后果可能是災難性的。

現(xiàn)在東京大學工業(yè)科學研究所(Institute of Industrial Science，University of Tokyo)的一組科學家利用計算機模擬研究了非晶態(tài)固體(如玻璃或塑料)低周期疲勞斷裂的物理機制。晶體材料由于疲勞，其預先存在的缺陷和晶界會引發(fā)斷裂，而非晶體材料中的相應機制還不清楚。

合著者Yuji Kurotani 說，他們證明了無序材料中跟不可逆變形的開始相對應的臨界應變對于疲勞和單調(diào)斷裂是相同的。這是因為，對于普通的非晶態(tài)系統(tǒng)，更高的密度會導致更多的彈性和更慢的動態(tài)。機械性能的這種密度依賴性，使剪切變形跟密度波動相聯(lián)系。然后，循環(huán)剪切可以放大密度波動，直到樣品通過空化而破裂，其中產(chǎn)生了空隙。

作者認為，這些結(jié)果應該用實驗來證實，這也將幫助材料科學家更好地理解斷裂的啟動。

圖1 科學家模擬了非晶材料在循環(huán)疲勞和恒定應力作用下的斷裂，展示了各種破壞模式，有助于提高材料的可靠性