金屬材料微觀損傷的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、對(duì)微觀損傷演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)是金屬材料斷裂建模的基礎(chǔ)。分子動(dòng)力學(xué)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(xué)規(guī)律的有效方法。
　　本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了高應(yīng)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(zhǎng);(2)含納米空洞的單晶銅中位錯(cuò)成核的微觀機(jī)理;(3)空洞生長(zhǎng)與貫通的尺寸效應(yīng)。使用鍵對(duì)分析技術(shù)、團(tuán)簇分析和界面構(gòu)造技術(shù)等分子動(dòng)力學(xué)后處理方法分析了缺陷結(jié)構(gòu)和空洞界面的演化規(guī)律。具體研究結(jié)果如下:

2、r>　　對(duì)高應(yīng)變率拉伸條件下完整單晶銅中微空洞成核與早期生長(zhǎng)過(guò)程的細(xì)致分析表明，微空洞在位錯(cuò)密集區(qū)通過(guò)位錯(cuò)攀移形成空穴串而成核，損傷區(qū)域的應(yīng)力分布波動(dòng)不大，局部負(fù)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(zhǎng)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(gè)更大的空洞，造成材料內(nèi)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(cuò)密集的交匯處成核，其形狀受交匯處位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向的影響，類似扁三角形，

3、并在位錯(cuò)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(cuò)成核的微觀機(jī)理研究結(jié)果表明，高應(yīng)變率單軸拉伸單納米空洞單晶銅時(shí)，微空洞表面同時(shí)啟動(dòng)4個(gè)滑移體系，位錯(cuò)優(yōu)先在這4個(gè)滑移體系上成核、遷移;在無(wú)窮邊界上施加恒常應(yīng)力條件下，滑移面上沿滑移方向上的分切應(yīng)力可以很好地解釋位錯(cuò)成核現(xiàn)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(shí)，不同分布的空洞周圍呈現(xiàn)不同的位錯(cuò)形貌、滑移速度和空洞增

4、長(zhǎng)速度。這是由于雙空洞的作用使空洞周圍呈現(xiàn)不同的應(yīng)力集中區(qū)，而位錯(cuò)成核需要一定寬度的應(yīng)力集中區(qū)域。
　　面心立方銅晶體中空洞生長(zhǎng)與貫通的尺寸效應(yīng)的相關(guān)研究結(jié)果表明，不同尺寸的微空洞都是通過(guò)空洞表面發(fā)射位錯(cuò)長(zhǎng)大與貫通的，隨空洞尺寸的減小，臨界屈服應(yīng)力逐漸增大。當(dāng)微空洞半徑較大時(shí)，位錯(cuò)在空洞表面對(duì)稱成核、遷移，微空洞沿加載方向被拉長(zhǎng)，演化過(guò)程相似;當(dāng)微空洞半徑較小時(shí)，位錯(cuò)在空洞表面不對(duì)稱成核，微空洞沿垂直方向被拉長(zhǎng)。微空洞的生長(zhǎng)可以分