金屬材料微觀損傷的分子動力學研究.pdf

1、對微觀損傷演化規律的認識是金屬材料斷裂建模的基礎。分子動力學模擬是研究金屬材料微觀塑性變形、相變、微觀損傷斷裂等微觀力學規律的有效方法。
　　本文采用分子動力學方法模擬了高應變率拉伸條件下:(1)面心立方單晶銅中微空洞的成核與早期生長;(2)含納米空洞的單晶銅中位錯成核的微觀機理;(3)空洞生長與貫通的尺寸效應。使用鍵對分析技術、團簇分析和界面構造技術等分子動力學后處理方法分析了缺陷結構和空洞界面的演化規律。具體研究結果如下:

2、r>　　對高應變率拉伸條件下完整單晶銅中微空洞成核與早期生長過程的細致分析表明，微空洞在位錯密集區通過位錯攀移形成空穴串而成核，損傷區域的應力分布波動不大，局部負壓集中不是微空洞成核的原因。伴隨周圍材料的塑性變形，微空洞由長條形逐漸演化為柱形-橢球形-類球形。最后與鄰近空洞相互作用而貫通為一個更大的空洞，造成材料內部的宏觀斷裂。在含雙納米空洞的單晶銅體系中，微空洞在位錯密集的交匯處成核，其形狀受交匯處位錯線運動方向的影響，類似扁三角形，

3、并在位錯滑移與攀移的作用下逐漸演化為類球形。
　　含納米空洞的單晶銅中位錯成核的微觀機理研究結果表明，高應變率單軸拉伸單納米空洞單晶銅時，微空洞表面同時啟動4個滑移體系，位錯優先在這4個滑移體系上成核、遷移;在無窮邊界上施加恒常應力條件下，滑移面上沿滑移方向上的分切應力可以很好地解釋位錯成核現象;受滑移系的影響，空洞形狀演化為類八面體。單軸拉伸不同空間分布的雙納米空洞單晶銅時，不同分布的空洞周圍呈現不同的位錯形貌、滑移速度和空洞增

4、長速度。這是由于雙空洞的作用使空洞周圍呈現不同的應力集中區，而位錯成核需要一定寬度的應力集中區域。
　　面心立方銅晶體中空洞生長與貫通的尺寸效應的相關研究結果表明，不同尺寸的微空洞都是通過空洞表面發射位錯長大與貫通的，隨空洞尺寸的減小，臨界屈服應力逐漸增大。當微空洞半徑較大時，位錯在空洞表面對稱成核、遷移，微空洞沿加載方向被拉長，演化過程相似;當微空洞半徑較小時，位錯在空洞表面不對稱成核，微空洞沿垂直方向被拉長。微空洞的生長可以分