SiC、Ni-,3-Al沿不同晶向擴(kuò)展分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、本論文首先介紹了分子動(dòng)力學(xué)模擬的基本概念和基本理論.研究了邊界條件對(duì)模擬結(jié)果的影響、原子間勢(shì)函數(shù)的選取、固體中常用的勢(shì)函數(shù)以及運(yùn)動(dòng)方程算法的確定.在此基礎(chǔ)上,建立了碳化硅、鎳三鋁拉伸過程的分子動(dòng)力學(xué)模型.在求解過程中,為了減少由于仿真原子數(shù)遠(yuǎn)小于實(shí)際情況中原子數(shù)所引起"有限尺寸效應(yīng)",對(duì)模型邊緣施加"剛性邊界條件". 第一部分利用分子動(dòng)力學(xué)(MD)方法,采用Tersoff勢(shì)對(duì)SiC在不同溫度下初裂紋前緣沿[100],[110],

2、[111]三個(gè)不同晶向的裂紋擴(kuò)展進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬,并對(duì)若干力學(xué)行為的模擬結(jié)果進(jìn)行微觀解釋.對(duì)于不同溫度下裂紋前緣方向?yàn)閇100],[111]晶向的初裂紋擴(kuò)展的模擬,研究結(jié)果表明:裂紋擴(kuò)展方式為脆性解理斷裂,低應(yīng)力下裂紋尖端垂直于拉應(yīng)力方向有無序帶形成于裂紋表面,在可以保證裂紋張開的力的作用下,裂紋尖端存在尖銳-鈍化-尖銳的擴(kuò)展過程.裂紋前緣方向?yàn)閇110]晶向的初裂紋擴(kuò)展的模擬結(jié)果表明:裂紋出現(xiàn)明顯的"取向效應(yīng)",裂紋傳播方向脫離了

3、原有晶向(約60度)而選擇沿其它晶向傳播,裂紋擴(kuò)展比較容易,裂紋斷裂平面幾乎是完美的平整的斷面. 第二部分采用鎳鋁勢(shì),對(duì)Ni<,3>Al晶體斷裂特性進(jìn)行了模擬,首先裂紋尖端處位錯(cuò)成核并發(fā)射出來,在裂紋尖端處形成無序帶.無序帶使裂紋尖端處累積的應(yīng)力發(fā)散,使裂紋擴(kuò)展幾乎停止.其次裂紋體系出現(xiàn)相變,并隨著加載的進(jìn)行,相變逐漸開始擴(kuò)展至整個(gè)裂紋體系.在裂紋體系完成相變的過程中,無序帶前端形成雙側(cè)對(duì)稱晶帶,無序區(qū)前端形成的兩側(cè)晶帶能夠減弱