近日，西南交通大学张旭教授团队在固体力学领域旗舰期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》发表题为“Discrete dislocation dynamics simulation of local chemical fluctuation and short-range order effects on dislocation plasticity in multi-principal element alloys”的研究论文。西南交通大学博士研究生于峻石为论文第一作者，张旭教授为通讯作者。合作作者还包括西南交通大学魏德安博士、东北大学李琳琳教授、中南大学王章维教授和美国内布拉斯加大学林肯分校王健教授。
图1 论文首页
近年来，多主元合金因其优异的强度、塑性和损伤容限受到广泛关注。这些性能与合金内部复杂的化学非均匀性密切相关，其中局部化学波动（LCF）和短程有序（SRO）是两类典型特征。LCF可引起局部晶格滑移阻力和交滑移激活能的空间波动；SRO则不仅会改变位错滑移阻力和交滑移激活能，还会在位错连续剪切过程中逐步退化。现有研究多借助实验和分子动力学模拟揭示相关微观机制，但受空间和时间尺度限制，较难描述大量位错的集体演化行为。同时，现有离散位错动力学模型对LCF和SRO效应的表征仍有待完善。针对这一问题，研究团队建立了同时考虑LCF与SRO效应的三维离散位错动力学模型，在同一模拟框架下描述位错滑移、交滑移、相互作用以及局部有序结构退化等过程。
图2 局部化学波动与短程有序的三维离散位错动力学模型框架
基于该模型，研究团队首先分析了晶格摩擦应力波动对位错构型演化的影响。在无波动条件下，移动位错受到较为均匀的滑移阻力，位错线整体较为平滑。引入晶格摩擦应力波动后，不同位置的位错段受到空间变化的局部阻力，位错运动呈现出明显的间歇特征。部分位错段被局部高阻力区域暂时钉扎，而相邻位错段仍可继续滑移，从而形成显著的波状位错构型。该过程增加了位错线长度，并促进了局部位错储存。
图3 晶格摩擦应力波动引起的波状位错构型与局部钉扎
在此基础上，进一步考察了SRO及其剪切退化对位错塑性的影响。位错阵列的演化结果表明，连续剪切会使部分滑移面上的SRO相关阻力逐步降低。由于前导位错仍受到较高的局部阻力，其运动相对缓慢；后续位错则可沿已部分软化的路径继续滑移，并逐渐接近前导位错，从而形成类塞积结构。与此同时，完整SRO对应的较高交滑移激活能会显著限制交滑移。随着SRO逐步退化，交滑移开始发生，但仍主要集中在经历反复剪切并发生部分软化的滑移面之间。这种局域化的交滑移进一步增强了位错储存，并促进塑性变形的空间局域化。
图4 SRO引起的位错阵列与局域化滑移
本研究发展了一种同时考虑LCF和SRO退化效应的三维离散位错动力学模型，实现了对多主元合金中化学非均匀性、交滑移与集体位错行为之间耦合关系的介观尺度描述。研究揭示了LCF与SRO对多主元合金位错塑性的不同调控机制，为理解局部化学非均匀性与宏观力学响应之间的关联提供了新的介观尺度模拟方法。
本研究得到了国家自然科学基金（12532004、12192214、52192591）、四川省科技计划项目（2025HJRC0006、2024NSFJQ0068）以及太行国家实验室重点实验室课题（THL-K-24-115）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmps.2026.106789
