近年來，沈陽材料科學國家（聯合）實驗室固體原子像研究部王紹青研究組成功將準連續介質方法應用于晶界相關的納米金屬力學行為模擬，在材料力學性質多尺度計算模擬方面取得了一系列進展。他們通過準連續介質方法模擬了納米多晶鋁的壓痕實驗過程，觀察到了五重對稱變形孿晶的形成。采用粗?；植繎λ惴?，計算了該五重孿晶形成過程中模型內部原子級的應力場分布。進一步的應力分析結果表明，材料內部高局部應力位置的變化是五重對稱變形孿晶形成的重要條件。其中，一段低指數非對稱晶界在該五重孿晶的形成過程中起到了重要作用，它將高靜水應力局限在壓頭下方幾個晶粒的區域內，并且造成位錯反射，從而形成了該五重對稱變形孿晶中的第一條孿晶界。該模擬結果可對近期電鏡實驗觀察到的納米金屬中五次對稱變形孿晶的形成原因給出較合理的解釋。此前他人采用純雙晶模型對這類特殊晶界已經進行了深入研究，然而卻沒有與具體的實驗現象相關聯。五重孿晶的模擬結果說明了以這種特殊晶界為代表的微觀結構對材料力學行為的重要影響。該項工作的系列研究成果現已相繼發表在Scripta Materialia(Y. F. Shao, S. Q. Wang, Scripta Mater. 62, 419 (2010) ) 等學術刊物上。

此外，他們還研究了納米多晶鎳的本征斷裂行為。模擬結果表明裂紋前端晶界處的細微孔洞承受強烈的張應力并促使裂紋沿晶界擴展。這種晶界主導的裂紋萌生和擴展機制可能會導致材料在經過有限的塑性應變之后發生脆性斷裂，從而限制了其在工業上的實際應用。采用兩種不同的鎳嵌入原子勢函數，他們進一步研究了提高材料拉伸塑性的微觀機制和納米晶體中斷裂行為的脆-韌性轉變。研究表明非穩堆垛層錯能的降低可以強化晶界的位錯發射行為，因而是促使材料塑性提高的重要因素。

納米材料宏觀力學行為往往與離散缺陷的萌生與運動密切相關，其變形機制可能會跨越多個時間和空間尺度。多尺度模擬方法可將同一材料不同時空尺度上的力學行為有機地聯系起來。與傳統模擬方法相比，多尺度方法在晶體彈性與塑性行為分析研究方面表現出獨特的優勢。例如，在通常分子動力學模擬中的晶粒尺寸僅為幾納米或幾十納米，而典型的準連續介質多尺度模擬方法(The Quasicontinuum Method)已成功實現模擬尺寸為1 m3量級的晶粒彈塑性變形過程。盡管十余年來多尺度模擬技術已經得到很大發展，但研究者大多致力于計算方法的開發與完善。研究對象基本上局限于不考慮晶界的簡單模型。大量實驗結果表明晶粒界面對材料的力學行為有著重要影響，采用多尺度計算模擬方法研究界面在固體材料力學行為中的作用非常必要。

此研究工作得到了科技部“973”項目的資助。

五重對稱變形孿晶形成過程