單晶硅及鋁預制初裂紋擴展的分子動力學研究.pdf

1、本論文采用分子動力學方法對單品si和單晶Al中Ⅰ型裂紋擴展的原子學過程,以及裂紋擴展中裂尖區(qū)結構演化問題進行了模擬計算和分析. 第一部分:分析了單晶硅初裂紋擴展過程中出現的現象和機制.對裂紋前緣方向為[100],[110]晶向的初裂紋擴展模擬結果表明:低溫時裂紋尖端形成新的環(huán)狀結構,最初形成的新環(huán)狀結構標志著裂紋進入裂紋陷阱區(qū)域,溫度逐漸升高后,出現母一子裂紋傳播機制.裂紋前緣方向為[111]晶向的初裂紋模擬結果表明:溫度升高至

2、300K,低溫時裂紋尖端形成的七元環(huán)狀結構沒有消失,微裂紋在Ⅰ型加載作用下產生明顯的取向效應,裂紋跳躍至新的裂紋平而,溫度逐漸升高后,子裂紋在新的裂紋平面上萌生.對裂紋前緣方向為[210],[211]晶向的初裂紋擴展模擬結果表明:加載時裂紋尖端的前方某處隨機形成微空洞,應力加大時微空洞擴大,微空洞逐漸成長相互聯結,最終形成子裂紋,裂紋擴展過程中同樣遵循著子母裂紋機制.對裂紋前緣方向為[332]品向的初裂紋擴展模擬結果表明:母裂紋分裂形成

3、兩個子裂紋,并由原先的裂紋平面跳躍至兩個新裂紋平面上,裂紋出現了分枝現象. 第二部分:用基于經驗勢的分子動力學方法,分析了單晶鋁初裂紋擴展過程中出現的現象和機制.模擬結果表明:通過觀察原子體系的構型演化,可以發(fā)現模型加載后,裂紋不是解理擴展,而是裂紋尖端先發(fā)射出位錯,裂紋尖端處發(fā)射出的位錯使裂紋尖端出現鈍化現象,裂紋尖端原子開始出現無序現象,表現為裂紋尖端原子的空間坐標出現亂序狀態(tài),隨后裂紋尖端無序現象得到進一步加強,逐漸形成無