随着纳米级硅过滤膜及柔性电子产品的发展,具备可延展性的纳米级厚度的单晶硅薄板材料将得到广泛应用,而这种柔性单晶硅薄板材料在加工和应用中难免会受到外力和应变作用引发纳米级损伤,目前关于纳米级厚度的单晶硅薄板的损伤机理尚不明确。鉴于实验研究的困难性,本文采用分子动力学方法分别模拟了含有二氧化硅团簇的磨料水射流、纯水射流、以及单独二氧化硅团簇冲击单晶硅薄板的三种过程,研究了冲击作用下单晶硅薄板的损伤形成机理。磨料水射流冲击过程中存在两个阶段,即“冲击加载阶段”和“基体反弹恢复阶段”。在冲击加载阶段,随着冲击速度的增加,硅基体将由微观损伤逐渐过渡到沿着45°解理面方向的单条宏观裂缝,以及45°和135°解理面方向的双条宏观裂缝,直至伴随着“孔洞”的双条宏观裂缝的出现。宏观裂缝的形成会引起碰撞区局部温度和拉应力相应的也沿着解理面方向传播。在基体反弹恢复阶段,拉伸应力继续沿着解理面方向传播和释放,将导致基体裂缝首先会进一步扩大直至达到最大值,然后逐渐闭合。对于不含二氧化硅团簇的纯水射流过程而言,其所造成的硅基体的损伤形成过程与磨料水射流过程基本一致。碰撞区的局部温度和拉应力共同作用,使得硅基体损伤形式也表现为沿着解理面方向的宏观裂缝以及因材料去除而出现的“孔洞”。然而,由于硅基体碰撞区处的受限水膜发生“固化”,使得团簇与水分子之间存在耦合作用,从而导致纯水射流中出现宏观裂缝的临界速度要明显低于磨粒水射流冲击中的临界速度。但是与磨粒水射流和纯水射流冲击过程不同,在单独二氧化硅团簇冲击单晶硅薄板的干碰撞过程中,由于碰撞区的局部温度对基体损伤起到主导作用,基体的损伤形式无论是体现为无材料去除的“点蚀状”损伤还是有材料去除的“孔洞状”损伤,均不会出现45°和135°解理面方向的宏观裂缝。最后,模拟了在相同速度下,第一次磨料水射流冲击恢复后的硅薄板进行第二次冲击的过程。结果表明,当冲击速度接近损伤临界速度时,最大拉应力出现略微滞后现象,此时由于冲击加载阶段碰撞区局部温度和压力的升高,同时浸入裂缝的水流在裂缝之间形成一定的应力,从而使得第二次冲击时团簇开始出现穿过基体现象,以及相对第一次射流冲击而言,基体的裂缝进一步扩大。而当冲击速度超过临界速度时,应力峰值滞后现象显著直至出现在基体反弹阶段,这同样导致第二次冲击中基体的裂缝长度大于第一次。而冲击速度低于或者远高于临界速度,前后两次基体损伤情况相差不大。上述结果,进一步验证了磨粒水射流冲击下单晶硅薄膜损伤形成机理以及连续冲击下其形成过程的可重复性。