本文關(guān)鍵詞：納米孔洞對A1力學(xué)性能影響的分子動力學(xué)模擬研究

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【摘要】：金屬材料的初期斷裂、輻照損傷等過程會在材料內(nèi)部產(chǎn)生納米孔洞,另一方面納米多孔金屬因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出一些獨(dú)特的性質(zhì),具有良好的應(yīng)用前景使其成為理想的力學(xué)和功能材料。本文中以Al為例利用分子動力學(xué)模擬的方法并采用EAM分子間作用勢,探究了納米孔洞這一缺陷對于金屬力學(xué)性能的影響。對含納米孔洞單晶Al在不同晶向加載下變形過程(應(yīng)變率為2×109s-1)的分子動力學(xué)模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。1.計(jì)算結(jié)果表明孔洞表面位錯的成核、發(fā)射、滑移是孔洞生長以及金屬塑性變形的主要機(jī)理,當(dāng)外部加載的應(yīng)力應(yīng)變達(dá)到一定值時孔洞表面發(fā)生位錯發(fā)射繼而向晶體內(nèi)部滑移,最終由于位錯的積累在晶體內(nèi)部形成位錯林。2.沿不同晶向加載,fcc晶體中共12簇{111}(110)滑移系統(tǒng)將被部分激活,導(dǎo)致在孔洞表面發(fā)生剪切位錯環(huán)發(fā)射和滑移,材料進(jìn)入塑性變形階段呈現(xiàn)出流變軟化的行為。位錯發(fā)射對應(yīng)的應(yīng)變在所選取的三個晶向的單軸變形過程中十分接近,與加載的方向無顯著的相關(guān)性。屈服應(yīng)力表現(xiàn)出明顯的各向異性。3.對不同方向加載下變形過程中位錯速度的計(jì)算結(jié)果表明,由納米孔洞發(fā)射的位錯在生成之后的滑移運(yùn)動為亞聲速的。[110]晶向加載下由于存在位錯鎖阻礙了位錯的滑移,使其過程中位錯滑移運(yùn)動表現(xiàn)為一個先減速后加速的變速運(yùn)動,而在[100]和[111]晶向加載下從單個孔洞發(fā)射的位錯運(yùn)動方向呈放射狀因而其滑移速度比較穩(wěn)定幾乎不變。4.在本文的模擬中未發(fā)現(xiàn)有孿晶產(chǎn)生,孿晶缺失可能與采用的單晶結(jié)構(gòu)以及鋁的堆垛層錯能較高有關(guān)。在沿[110]晶向加載變形的過程中發(fā)現(xiàn)有棱位錯生成,這可能是由選擇的加載方向以及發(fā)射棱位錯的孔洞在加載晶向有比較充分的空間所引起的。5.在[100]和[111]晶向加載變形過程中,在位錯的積累階段幾乎所有的位錯都是可動位錯；而在[110]晶向加載變形過程中,在相應(yīng)的階段可動位錯成分比總位錯低一個數(shù)量級。隨著應(yīng)變繼續(xù)增大,位錯密度趨于穩(wěn)定(～1017m-2)。6.考慮到孔洞的表面效應(yīng),通過引入孔洞表面的檐臺效應(yīng),對孔洞表面位錯發(fā)射的臨界應(yīng)力進(jìn)行了修正,得出了一個普遍的表達(dá)式。對比分子模擬檢驗(yàn),對于極小尺寸孔洞表面位錯發(fā)射的應(yīng)力和含納米孔洞材料的屈服應(yīng)力也能給出較好的預(yù)測。
【關(guān)鍵詞】：納米孔洞 納米多孔 塑性變形 分子動力學(xué) 位錯
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-30
• 1.1 含納米孔洞Al的沖擊動力學(xué)性質(zhì)的研究意義9-11
• 1.2 含納米孔洞金屬材料的研究現(xiàn)狀11-30
• 1.2.1 納米孔洞的生長與成核機(jī)理11-21
• 1.2.2 含納米孔洞金屬材料的力學(xué)行為21-25
• 1.2.3 納米多孔結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)行為25-30
• 2 分子動力學(xué)模擬方法30-39
• 2.1 多質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)的基本原理31-32
• 2.2 原子間相互作用勢32-34
• 2.2.1 兩體勢(對勢)33
• 2.2.2 嵌入原子勢33-34
• 2.3 邊界條件的處理方法34-36
• 2.3.1 周期性邊界條件34-35
• 2.3.2 其他邊界條件35-36
• 2.4 沖擊的模擬方法36-37
• 2.5 算法簡介37-39
• 3 納米多孔Al塑性行為的取向特征39-71
• 3.1 模型構(gòu)建與模擬方法39-41
• 3.2 含納米孔洞Al的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線41-48
• 3.3 塑性變形過程中的位錯演化及其取向性48-68
• 3.3.1 位錯演化48-52
• 3.3.2 分解剪切應(yīng)力分析52-58
• 3.3.3 位錯速度58-60
• 3.3.4 位錯密度60-68
• 3.4 孔洞尺寸的影響68-70
• 3.5 小結(jié)70-71
• 4 極小孔洞的表面效應(yīng)對位錯成核的影響71-79
• 4.1 計(jì)算模型構(gòu)造方法71-72
• 4.2 結(jié)果與討論72-78
• 4.3 小結(jié)78-79
• 5 總結(jié)與展望79-82
• 參考文獻(xiàn)82-89
• 攻讀學(xué)位期間主要研究成果89-90
• 致謝90

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 邵建立;王裴;秦承森;周洪強(qiáng);;沖擊加載下孔洞誘導(dǎo)相變形核分析[J];物理學(xué)報;2008年02期

2 王博;張建民;路彥冬;甘秀英;殷保祥;徐可為;;fcc金屬表面能的各向異性分析及表面偏析的預(yù)測[J];物理學(xué)報;2011年01期

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本文編號：1050198