Intense shock waves may lead to spallation of the sample. Recent experiments show differences of shock spallation in iron depending on whether the samples underwent the pressure-induced bcc-hcp phase transformation or not. In this study, we perform molecular dynamics simulations of shock-induced spallation in polycrystalline iron. Our results show that the phase transformation decreases the probability of multiple spallation and crack formation. In agreement with experiments, the phase transformation changes the surface morphology showing smoother spallation surfaces.

1.
N. K.
Bourne
,
Materials in Mechanical Extremes: Fundamentals and Applications
(
Cambridge University Press
,
Cambridge
,
2013
).
2.
P. M.
Giles
,
M. H.
Longenbach
, and
A. R.
Marder
,
J. Appl. Phys.
42
,
4290
(
1971
).
3.
W.
Pepperhoff
and
M.
Acet
,
Constitution and Magnetism of Iron and its Alloys
(
Springer
,
Berlin
,
2001
).
4.
K.
Kadau
,
T. C.
Germann
,
P. S.
Lomdahl
, and
B. L.
Holian
,
Science
296
,
1681
(
2002
).
5.
K.
Kadau
,
T. C.
Germann
,
P. S.
Lomdahl
, and
B. L.
Holian
,
Phys. Rev. B
72
,
064120
(
2005
).
6.
K.
Kadau
,
T. C.
Germann
,
P. S.
Lomdahl
,
R. C.
Albers
,
J. S.
Wark
,
A.
Higginbotham
, and
B. L.
Holian
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
135701
(
2007
).
7.
N.
Gunkelmann
,
E. M.
Bringa
,
D. R.
Tramontina
,
C. J.
Ruestes
,
M. J.
Suggit
,
A.
Higginbotham
,
J. S.
Wark
, and
H. M.
Urbassek
,
Phys. Rev. B
89
,
140102
(
2014
).
8.
N.
Gunkelmann
,
D. R.
Tramontina
,
E. M.
Bringa
, and
H. M.
Urbassek
,
New J. Phys.
16
,
093032
(
2014
).
9.
L. M.
Barker
and
R. E.
Hollenbach
,
J. Appl. Phys.
45
,
4872
(
1974
).
10.
D. H.
Kalantar
,
J. F.
Belak
,
G. W.
Collins
,
J. D.
Colvin
,
H. M.
Davies
,
J. H.
Eggert
,
T. C.
Germann
,
J.
Hawreliak
,
B. L.
Holian
,
K.
Kadau
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
95
,
075502
(
2005
).
11.
B. J.
Jensen
,
G. T.
Gray
 III
, and
R. S.
Hixson
,
J. Appl. Phys.
105
,
103502
(
2009
).
12.
J. A.
Hawreliak
,
B.
El-Dasher
,
H.
Lorenzana
,
G.
Kimminau
,
A.
Higginbotham
,
B.
Nagler
,
S. M.
Vinko
,
W. J.
Murphy
,
T.
Whitcher
,
J. S.
Wark
 et al.,
Phys. Rev. B
83
,
144114
(
2011
).
13.
R. F.
Smith
,
J. H.
Eggert
,
D. C.
Swift
,
J.
Wang
,
T. S.
Duffy
,
D. G.
Braun
,
R. E.
Rudd
,
D. B.
Reisman
,
J.-P.
Davis
,
M. D.
Knudson
 et al.,
J. Appl. Phys.
114
,
223507
(
2013
).
14.
V.
Dremov
,
A.
Petrovtsev
,
P.
Sapozhnikov
,
M.
Smirnova
,
D. L.
Preston
, and
M. A.
Zocher
,
Phys. Rev. B
74
,
144110
(
2006
).
15.
N.
Gunkelmann
,
D. R.
Tramontina
,
E. M.
Bringa
, and
H. M.
Urbassek
,
J. Appl. Phys.
117
,
085901
(
2015
).
16.
J. P.
Escobedo
,
E. N.
Brown
,
C. P.
Trujillo
,
E. K.
Cerreta
, and
G.
Gray
,
J. Appl. Phys.
113
,
103506
(
2013
).
17.
F.
Yuan
,
L.
Chen
,
P.
Jiang
, and
X.
Wu
,
J. Appl. Phys.
115
,
063509
(
2014
).
18.
S. J.
Fensin
,
S. M.
Valone
,
E. K.
Cerreta
,
J. P.
Escobedo-Diaz
,
G. T.
Gray
 III
,
K.
Kang
, and
J.
Wang
,
Modell. Simul. Mater. Sci. Eng.
21
,
015011
(
2013
).
19.
A. K.
Zurek
,
W. R.
Thissell
,
J. N.
Johnson
,
D. L.
Tonks
, and
R.
Hixson
,
J. Mater. Process. Technol.
60
,
261
(
1996
).
20.
G. I.
Kanel
,
S. V.
Razorenov
,
A. V.
Utkin
,
V. E.
Fortov
,
K.
Baumung
,
H. U.
Karow
,
D.
Rusch
, and
V.
Licht
,
J. Appl. Phys.
74
,
7162
(
1993
).
21.
S. I.
Anisimov
,
N. A.
Inogamov
,
Y. V.
Petrov
,
V. A.
Khokhlov
,
V. V.
Zhakhovskii
,
K.
Nishihara
,
M. B.
Agranat
,
S. I.
Ashitkov
, and
P. S.
Komarov
,
Appl. Phys. A
92
,
797
(
2008
).
22.
Q.
An
,
R.
Ravelo
,
T. C.
Germann
,
W. Z.
Han
,
S. N.
Luo
,
D. L.
Tonks
, and
W. A.
Goddard
 III
,
AIP Conf. Proc.
1426
,
1259
(
2012
).
23.
J.-P.
Cuq-Lelandais
,
M.
Boustie
,
L.
Soulard
,
L.
Berthe
,
J.
Bontaz-Carion
, and
T.
de Resseguier
,
AIP Conf. Proc.
1426
,
1167
(
2012
).
24.
J.-P.
Cuq-Lelandais
,
M.
Boustie
,
L.
Soulard
,
L.
Berthe
,
A.
Solliei
,
J.
Bontaz-Carion
,
P.
Combis
,
T.
de Resseguier
, and
E.
Lescoute
,
AIP Conf. Proc.
1195
,
829
(
2009
).
25.
Y.
Chen
,
X.
Tang
, and
Q.
Li
,
Chin. Phys. B
19
,
056402
(
2010
).
26.
T.
de Rességuier
and
M.
Hallouin
,
Phys. Rev. B
77
,
174107
(
2008
).
27.
J. C.
Crowhurst
,
B. W.
Reed
,
M. R.
Armstrong
,
H. B.
Radousky
,
J. A.
Carter
,
D. C.
Swift
,
J. M.
Zaug
,
R. W.
Minich
,
N. E.
Teslich
, and
M.
Kumar
,
J. Appl. Phys.
115
,
113506
(
2014
).
28.
A.
Machová
and
G. J.
Ackland
,
Modell. Simul. Mater. Sci. Eng.
6
,
521
(
1998
).
29.
N.
Gunkelmann
,
E. M.
Bringa
,
K.
Kang
,
G. J.
Ackland
,
C. J.
Ruestes
, and
H. M.
Urbassek
,
Phys. Rev. B
86
,
144111
(
2012
).
30.
S.
Plimpton
,
J. Comput. Phys.
117
,
1
(
1995
).
31.
A.
Frøseth
,
H.
Van Swygenhoven
, and
P.
Derlet
,
Acta Mater.
53
,
4847
(
2005
).
32.
B. L.
Holian
and
P. S.
Lomdahl
,
Science
280
,
2085
(
1998
).
33.
E. M.
Bringa
,
K.
Rosolankova
,
R. E.
Rudd
,
B. A.
Remington
,
J. S.
Wark
,
M.
Duchaineau
,
D. H.
Kalantar
,
J.
Hawreliak
, and
J.
Belak
,
Nature Mater.
5
,
805
(
2006
).
34.
D.
Faken
and
H.
Jonsson
,
Comput. Mater. Sci.
2
,
279
(
1994
).
35.
H.
Tsuzuki
,
P. S.
Branicio
, and
J. P.
Rino
,
Comput. Phys. Commun.
177
,
518
(
2007
).
36.
A.
Stukowski
,
Modell. Simul. Mater. Sci. Eng.
20
,
045021
(
2012
).
37.
A.
Stukowski
,
Modell. Simul. Mater. Sci. Eng.
18
,
015012
(
2010
).
38.
Y.
Ashkenazy
and
R. S.
Averback
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
051907
(
2005
).
39.
S. G.
Srinivasan
,
M. I.
Baskes
, and
G. J.
Wagner
,
J. Appl. Phys.
101
,
043504
(
2007
).
40.
S.
Srinivasan
,
M.
Baskes
, and
G.
Wagner
,
J. Mater. Sci.
41
,
7838
(
2006
).
41.
J.
Escobedo
,
E.
Cerreta
, and
D.
Dennis-Koller
,
J. Miner. Met. Mater. Soc.
66
,
156
(
2014
).
42.
E. N.
Hahn
,
T. C.
Germann
,
R. J.
Ravelo
,
J. E.
Hammerberg
, and
M. A.
Meyers
, in
19th Biennial Conference on Shock Compression of Condensed Matter
,
2015
(Tampa, FL, submitted).
43.
S. A.
Novikov
,
I. I.
Divnov
, and
A. G.
Ivanov
,
Phys. Metals Metallogr.
21
,
4
(
1966
).
44.
S.-N.
Luo
,
Q.
An
,
T. C.
Germann
, and
L.-B.
Han
,
J. Appl. Phys.
106
,
013502
(
2009
).
45.
S.-N.
Luo
,
T. C.
Germann
, and
D. L.
Tonks
,
J. Appl. Phys.
106
,
123518
(
2009
).
46.
G. T.
Gray
 III
,
N. K.
Bourne
,
V.
Livescu
,
C. P.
Trujillo
,
S.
MacDonald
, and
P.
Withers
,
J. Phys.: Conf. Ser.
500
,
112031
(
2014
).
You do not currently have access to this content.