單晶銅破壞機(jī)理的多尺度分析.pdf

1、固體材料在納米尺寸范圍時，呈現(xiàn)出與宏觀物體完全不同的特性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，固體材料的宏觀性能與其微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系已經(jīng)成為研究熱點，通過對固體材料微觀結(jié)構(gòu)的觀察和分析可以更細(xì)致地理解固體材料的各種宏觀性能。由于微觀缺陷嚴(yán)重地影響著固體材料的宏觀性能，而微裂紋又是固體材料中一種常見的缺陷，研究裂紋在不同尺度下的破壞機(jī)理具有重要意義。但目前在多尺度下對單晶銅微裂紋擴(kuò)展機(jī)理的研究還比較少，因此，有必要進(jìn)行這方面的研究工作。
　　

2、本文首先應(yīng)用分子動力學(xué)方法和原子-有限元方法分別模擬無缺陷的納米尺度下單晶銅和微米尺度單晶銅的拉伸試驗，給出兩種尺度下單晶銅的應(yīng)力應(yīng)變曲線，確定屈服極限和強度極限值，并對兩種尺度下的力學(xué)性能以及宏觀尺度下力學(xué)性能進(jìn)行比較和分析。其次，通過分子動力學(xué)方法和原子-有限元方法分別模擬了帶有 I型穿透裂紋的納米單晶銅和微米單晶銅的拉伸試驗；研究不同溫度、不同初始裂紋長度對單晶銅力學(xué)性能、系統(tǒng)能量、原子組態(tài)以及裂紋擴(kuò)展機(jī)理方面的影響，比較它們存在

3、的差異。
　　計算結(jié)果表明，對于無缺陷單晶銅，隨著尺度的增大，其相應(yīng)的屈服極限和強度極限隨之降低，在納米與微米尺度下材料進(jìn)入塑性后均有短暫的強化階段，數(shù)值達(dá)到峰值后，單晶銅的強度迅速下降，繼續(xù)加載單晶銅破壞。
　　對于帶有I型穿透裂紋單晶銅，隨著溫度的升高，系統(tǒng)弛豫過程中動能和勢能達(dá)到穩(wěn)定的數(shù)值和波動幅度不斷增大；溫度較低時，裂紋的擴(kuò)展為本征脆性解理擴(kuò)展，裂尖鈍化明顯，但不易產(chǎn)生孿晶帶；而溫度較高時，裂尖附近易出現(xiàn)孿晶帶，孿