根據兩項新研究，科學家們完成了迄今為止最詳細的材料斷裂模擬之一。這些發現發表在《美國國家科學院院刊》上，應該能讓研究人員深入瞭解物質在特定條件下失效的原因，並有助於設計具有定製特性的新材料。
研究人員利用了剛啟用一年的 ASCI White 超級計算機的強大計算能力，該計算機每秒可完成超過 1013 次計算，以模擬多達十億個原子的行為。“材料的突然意外斷裂可能會造成災難性後果，例如地震或飛機結構失效期間，”IBM 阿爾馬登研究中心的 Farid F. Abraham 指出。為了更好地理解其中的過程，他和他的同事模擬了各種材料的立方體，並跟蹤了單個原子在兩種型別的失效過程中的反應。第一種是脆性斷裂，相鄰原子之間的鍵斷裂，玻璃破碎時就會發生這種情況。第二種是所謂的加工硬化，材料最初在響應施加的壓力時變得柔韌，但在反覆應力後會斷裂。彎曲的回形針經常會屈服於這種現象。
每次模擬需要長達 10 天的計算，在此期間，超級計算機計算了每個原子及其鄰居之間力的作用。在第一個實驗中，該實驗模擬了經歷脆性斷裂的兩層固體，科學家們發現裂紋可以以超過音速的速度在材料中傳播。儘管此前認為這種超音速裂紋速度是不可能的，但在實驗室實驗和最近土耳其發生的地震中都已觀察到或懷疑存在這種現象。新的結果為這些觀察提供了進一步的理論支援。
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在第二個實驗中，超級計算機模擬了原子相互作用，當由延展性物質製成的模擬立方體的邊緣被拉開時。這種材料中的原子最初透過彼此滑過，從而響應應力，產生所謂的錯位原子位錯。計算揭示了數百個原子波紋的形成和相互作用。在某些材料中，位錯可以簡單地穿過材料，但如果應力在更強的物質中持續存在，位錯就會被釘在一起，最終導致材料變脆並斷裂。