2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題（含答案詳解+作文范文）_第1頁(yè)
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1、隨著制造加工工藝的進(jìn)步及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，納米機(jī)械器件應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其力學(xué)行為表現(xiàn)出不同于宏觀力學(xué)的性能和規(guī)律。通常，材料的微觀組織結(jié)構(gòu)及變形機(jī)制主導(dǎo)其力學(xué)性能及行為。因此，迫切需求從微觀領(lǐng)域了解材料變形的內(nèi)在機(jī)理。目前，尚沒(méi)有成熟的理論框架來(lái)描述納米尺度下材料的力學(xué)行為。由于材料制備及實(shí)驗(yàn)技術(shù)等限制，僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段也并不能徹底地認(rèn)識(shí)材料的微觀組織結(jié)構(gòu)及內(nèi)在機(jī)制。分子動(dòng)力學(xué)模擬作為理論研究與實(shí)驗(yàn)觀察的橋梁，是納米尺度力學(xué)研究中的重要工具

2、。可追蹤有關(guān)原子的運(yùn)動(dòng)軌跡，反映微結(jié)構(gòu)的演化過(guò)程，并揭示材料形變的內(nèi)在機(jī)理。本文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究密排六方金屬在塑性階段的微結(jié)構(gòu)演化過(guò)程，重點(diǎn)分析討論各類缺陷在材料塑性變形中的形核生長(zhǎng)機(jī)制與行為。全文主要工作及成果總結(jié)如下:
　　(1)結(jié)合廣義層錯(cuò)能理論計(jì)算及分子動(dòng)力學(xué)壓縮模擬研究討論了密排六方金屬鎂中錐面位錯(cuò)的分解機(jī)理。首先，通過(guò)計(jì)算{10(1)1}面及相鄰交替面{30(3)2}及{30(3)4}的廣義層錯(cuò)能，得到

3、了{(lán)10(1)1}<11(2)3>錐面位錯(cuò)徑直滑移路徑的能量以及可能的位錯(cuò)分解路徑。同時(shí)，通過(guò)對(duì)[(1)2(1)0]方向?yàn)橹芷谶吔绲亩S鎂單晶模型的c軸壓縮模擬，得到了{(lán)10(1)1}<11(2)3>錐面位錯(cuò)的動(dòng)態(tài)分解路徑。與理論分析路徑對(duì)比，結(jié)果相符。此外，{11(2)2}面的廣義層錯(cuò)能計(jì)算結(jié)果顯示，徑直的方向是全位錯(cuò)滑移的最小能量路徑，沒(méi)有其他能量更低的分解路徑。然而，在[(1)010]方向?yàn)橹芷谶吔绲亩S鎂單晶模型c軸壓

4、縮模擬中觀察到了兩種{11(2)2}面錐面位錯(cuò)形式。其中一種形式與廣義層錯(cuò)能結(jié)果基本相符，另一種是由兩個(gè)相鄰{11(2)2}面上的部分位錯(cuò)共同作用實(shí)現(xiàn)。從廣義層錯(cuò)能曲面分析可知，實(shí)現(xiàn)部分位錯(cuò)所需能量比全位錯(cuò)路徑中的不穩(wěn)定堆垛能要低。
　　(2)通過(guò)對(duì)密排六方金屬鎂單晶納米柱不同取向拉伸和壓縮的分子動(dòng)力學(xué)模擬，總結(jié)出不同的初始塑性變形機(jī)制，主要包括柱面滑移、基面滑移、錐面滑移及各種形式的晶體再取向。其中，重點(diǎn)研

5、究了基面/柱面(BP)轉(zhuǎn)向晶粒、“{10(1)1}-{10(1)2}”類雙孿晶以及剪切帶等不同的晶體再取向行為及內(nèi)在機(jī)理。首先，在鎂單晶納米柱c軸拉伸時(shí)，BP晶粒轉(zhuǎn)向在塑性變形中起到重要作用。它的形核是通過(guò)區(qū)域原子曳步使得基體基面或柱面上原子重組，從而實(shí)現(xiàn)基面與柱面間的轉(zhuǎn)化。而BP界面的遷移則是基于原子曳步機(jī)制，由界面錯(cuò)階運(yùn)動(dòng)引起的。該錯(cuò)階的運(yùn)動(dòng)更傾向于沿?zé)o晶格錯(cuò)配的[1(2)10]方向而不是錯(cuò)配方向[(1)010]/[0001]。由于

6、BP面與{10(1)2}孿晶界可通過(guò)界面錯(cuò)階的滑移和堆積相互轉(zhuǎn)化，再取向晶體與基體的界面可由BP面與{10(1)2}孿晶界交替組成，也可由BP與PB面直接交替組成。其次，在沿鎂單晶納米柱a軸及其附近軸向拉伸時(shí)，類似于{10(1)1}-{10(1)2}雙孿晶的再取向晶粒是重要的塑性變形機(jī)制。兩個(gè)轉(zhuǎn)向晶粒間的界面有兩種形式:以傳統(tǒng)的{10(1)2}孿晶界為主和以BP界面為主。再取向晶粒與基體間的界面結(jié)構(gòu)，除傳統(tǒng)的{10(1)1}孿晶界外，還

7、存在一個(gè)特殊的粗糙界面。該界面是由多個(gè)位錯(cuò)堆積形成，通過(guò)原子曳步機(jī)制實(shí)現(xiàn)界面遷移。類雙孿晶中各類界面的遷移與荷載方向密切相關(guān)，在后期的塑性變形中直接主導(dǎo)著兩個(gè)再取向晶粒間的競(jìng)爭(zhēng)。此外，在一定取向范圍拉壓過(guò)程中還呈現(xiàn)出一種特殊的再取向晶體—剪切帶。剪切帶與基體間界面{(1)2(1)1}的遷移依賴于界面位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。
　　(3)通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)方法分別對(duì)密排六方金屬鈦納米圓柱、八棱柱及方柱進(jìn)行了拉伸加載模擬，重點(diǎn)探討了密排六方(hcp)晶

8、體向面心立方(fcc)晶體相變的內(nèi)在機(jī)理及影響因素。從[(1)010]軸向拉伸的塑性變形結(jié)果中可知，hcp-fcc相變是除了柱面位錯(cuò)外另一個(gè)重要的塑性變形行為。該相變由多個(gè)間隔部分柱面位錯(cuò)堆垛形成。其相界的對(duì)應(yīng)面及對(duì)應(yīng)方向?yàn)閧10(1)0}hcp‖{110}fcc和<0001>hcp‖<001>fcc。本章著重分析了影響該相變形成的兩個(gè)因素:表面效應(yīng)和取向效應(yīng)。結(jié)果表明，該相變只有在{11(2)2}面為外表面，同時(shí)沿～[(1)01

9、0]軸向加載時(shí)才會(huì)容易出現(xiàn)。從表面能角度來(lái)看，粗糙的{11(2)2}表面與相變后的最密排表面{111}間較大的表面能量差促使不穩(wěn)定界面向穩(wěn)定界面轉(zhuǎn)變。同時(shí)，該相變的形核不需要過(guò)大的柱面剪切力，因?yàn)檫^(guò)大的剪切力容易激發(fā)跟隨部分位錯(cuò)，導(dǎo)致柱面全位錯(cuò)的形核。
　　本文揭示了密排六方金屬鎂和鈦在納米尺度下的塑性變形機(jī)制，給出了位錯(cuò)分解、晶體再取向、晶界遷移、相變等多種演化行為的詳細(xì)分析。為提高材料強(qiáng)度和塑性的設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)，對(duì)材

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