發(fā)布時間：2021-06-15 19:22

　　Ni-Co合金由于自身優(yōu)異的性能,在微機電系統(tǒng)以及航空航天等領域展現(xiàn)出巨大的潛力。對于Ni-Co合金宏觀體系已經(jīng)有了大量的研究積累,其本質(zhì)上是由大量微觀結構所組成,當顆粒尺寸降低到微納級別后,會產(chǎn)生體相所不具備的優(yōu)異性能,然而,實驗室上很難對其完美晶體進行表征,為此,本文使用分子動力學方法研究Ni-Co合金在納米尺度下微觀力學行為與變形機制,為合金納米結構在實際中的應用提供理論依據(jù)與指導。（1）Ni-Co單晶合金納米柱的拉伸加載過程中,當合金中的Co含量從0增加到20%,納米柱的屈服強度和楊氏模量都表現(xiàn)出線性增長趨勢。Co含量為10%的合金納米柱變形過程中位錯形成的壓桿位錯數(shù)量增多,并且形成了由5個堆垛層錯四面體組成的集合,這種結構對位錯有吸收固定作用,有效提高了塑性變形階段的應力,即應變硬化現(xiàn)象,從而對納米柱起到強化效果;[100]、[110]、[111]晶向上具有可開動的滑移系數(shù)量不同而導致不同的變形模式,其中[110]晶向上的生成的位錯單一并且形成的孿晶對納米柱強度并沒有增強作用;在50K溫度變形時,位錯間的相互反應促使了棱柱狀位錯環(huán)的生成,由于該結構對位錯的固定作用導致納米柱強... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

材料科學研究方法間的關系

Ni-Co合金拉伸力學性能和變形機制的模擬研究82.2.1基本原理圖2.3分子動力學模擬方法如圖2.3所示，分子動力學方法主要依據(jù)牛頓力學方程來模擬分子體系的運動，獲得分子運動軌跡的相關信息，即體系在相空間的時間演化軌跡。從演化軌跡中抽取樣本，計算體系的構型積分，進而可以計算體系的宏觀熱力學性質(zhì)和動力學性質(zhì)[69]。F(t)代表粒子受到的力；m為粒子質(zhì)量；α(t)表示原子的加速度。F(t)又等于勢能對位置坐標的一階導數(shù)：其中U表示勢能函數(shù)，從而得到對N個粒子體系的每個粒子有：式中v為速度矢量，通過對以上方程的推導求解，可以得到系統(tǒng)中原子的運動狀態(tài)。2.2.2積分算法（1）Verlet算法[70]分子動力學模擬中最常用的運動方程積分算法是Verlet算法，主要是依據(jù)系統(tǒng)中的粒子在t時刻和t-δt時刻的位置，推導計算出t+δt時刻位置。算法的推導通過Taylor級數(shù)展開：

Ni-Co合金拉伸力學性能和變形機制的模擬研究10該算法需要計算坐標更新之后和速度更新前的力，并且需要將每個時間步的力、坐標和速度進行存儲。2.2.3邊界條件雖然計算機水平有了高速發(fā)展，但限制于計算機運行模擬能力和計算量的大小，導致模擬的體系不能過大，只能局限于有限空間的分子或原子，因此就產(chǎn)生邊界條件的限制。在分子動力學模擬中，不同邊界條件適用于不同的模擬對象，因此在模擬之前都要給模型設定適宜的邊界條件。在分子動力學中，主要有四類邊界條件：周期性邊界條件、自由邊界條件、固定邊界條件和柔性邊界條件等。自由邊界條件意味著不存在任何關于原子的運動的約束條件。在這種情況下，原子通常會形成一個緊湊的團簇，其中一些原子暴露于外界。這樣的邊界條件并不能很好地描述實際材料，因為它完全忽略了外部原子的影響，并且在模擬體積中引入了不必要的表面。減少不必要表面的一種方法是固定平衡模擬體系表面的原子，讓它們處于剛性不動的的位置。這種固定邊界條件是一種相對簡單的處理方法，但是在真實材料的動態(tài)模擬中，所有原子都應該是能夠移動，所以這種邊界條件的適用范圍并不大。作為一種改進，柔性邊界條件允許邊界層中的原子根據(jù)內(nèi)部原子的運動調(diào)整它們的位置。人們一直致力于尋找更好的邊界條件，目標是盡可能減少表面積的同時不包含太多的原子，從而來最大化數(shù)值模擬的效率。目前，周期邊界條件是所有邊界條件類型中最符合實際的。周期邊界條件的特殊優(yōu)勢在于它完全消除了表面效應并保持了模擬體積的平移不變性，這在模擬晶體時尤其重要。在模擬體系中，周期邊界條件可以應用于其中的一個或兩個方向，也可以在三個方向上都采用周期邊界條件。圖2.4周期性邊界條件

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3231632