金屬動態(tài)相變與破壞現象的分子動力學模擬.pdf

1、基于分子動力學模擬及分析方法，對單晶鐵的動態(tài)相變和單晶鋁的動態(tài)破壞行為分別進行了模擬研究，其中鐵和鋁的原子間相互作用均采用嵌入原子法進行描述。研究內容主要包括:
　　(1)成功模擬了單晶鐵在一維應變條件下從bcc至hcp的結構相變。模擬結果顯示該相變過程的微觀滑移機制為相鄰兩層(110)或(1(1)0)晶面沿[1(1)0]或[110]晶向的相對滑移。發(fā)現hcp相生長過程可分為均勻形核、柱狀生長、顆粒聯接與吞并，片狀分層等四個階段。

2、彈性常數C31和C32在相變前被逐漸硬化，C33則在相變前發(fā)生軟化;樣品完全相變后，上述各彈性常數隨體積壓縮而迅速硬化?；旌舷嘀校琱cp相勢能比bcc相高且最大剪應力方向與bcc相反向;剪應力隨hcp相的質量分數呈線性減小。
　　(2)研究了單晶鐵中沖擊相變的微觀過程和動力學性質。獲得了沖擊雨貢紐關系和波系的傳播規(guī)律;得到了壓力-密度圖上雙波結構和混合相的分布區(qū)間。通過控制活塞加載速度模擬了單晶鐵的準等熵壓縮過程，分析了相變金屬鐵

3、從彈性壓縮、晶格軟化、相變、超應力松弛和高壓相彈性壓縮等各階段的原子滑移規(guī)律和應力變化特征。
　　(3)研究了[001]晶向應變加卸載過程單晶鐵中逆相變過程，分析了相變的可逆性及微結構演化特征。微觀應力的變化顯示樣品具有超彈性性質，而溫度變化表明在相變和逆相變均為放熱過程。相變起始于爆發(fā)式均勻形核，晶核由塊狀顆粒迅速生長為沿{101}晶面的片狀分層結構，而卸載逆相變則一開始就呈現片狀形態(tài)，且相界面晶面指數與加載相變完全一致，表現出

4、形態(tài)記憶效應。
　　(4)研究了含孔洞單晶鐵中相變由非均勻形核至均勻形核的轉變過程。結果表明非均勻形核的相變時間隨著沖擊壓力增加指數衰減;給出了相變過程的微觀力學途徑，揭示了混合相中力學量分布特征。模擬分析了單晶鐵中相變的晶向依賴性特征。發(fā)現相變壓力閾值對晶向并不十分敏感，但沿[011]晶向加載混合相的壓力區(qū)間遠小于其他晶向;沿[001]晶向的相變溫升明顯低于其他晶向。研究還發(fā)現沿[001]晶向相變主要是bcc至hcp轉變，而沿其

5、他晶向加載則出現由bcc至hcp和fcc結構兩種相變過程。
　　(5)研究了沖擊誘導金屬鋁表面溝槽產生微射流的微觀過程和動力學性質。獲得了較寬沖擊壓力范圍內，微射流的形態(tài)及其質量分布變化。分析了樣品近表面非晶態(tài)轉變和卸載熔化過程，獲得了卸載熔化對微射流質量及其分布的影響規(guī)律。研究發(fā)現:樣品熔化之前，微射流質量與波后粒子速度呈線性增加關系;卸載熔化出現后，微射流質量開始迅速增加;當卸載熔化速度足夠快時，微射流質量與波后粒子速度再次表

6、現出線性增加關系。微射流頭部速度則始終與波后粒子速度保持線性關系。
　　(6)研究了三角波加載下金屬鋁動態(tài)破壞的微觀過程和動力學性質。給出了樣品中微結構演化過程，解讀了熔化前后物質破壞模式差異。討論了破碎區(qū)內物質形態(tài)和密度分布的變化，給出了熔化前后破壞深度的變化規(guī)律。基于壓力和溫度等力學量波形，給出了高應變率下材料內部動態(tài)拉伸強度隨溫度的變化規(guī)律。最后，討論了聲學近似計算出的材料強度與內部應力直接統(tǒng)計結果的主要差異。
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