晶體相場方法模擬裂紋擴展中的脆韌轉(zhuǎn)變.pdf

1、材料微觀組織的變化會引起材料的變形，空位、位錯、晶界和微裂紋等都可以導致材料的破壞。晶體材料表現(xiàn)出延性或脆性斷裂行為，滑移位錯受到了阻礙，局部應力會超過材料的結合強度，從而導致斷裂。研究微觀裂紋的擴展在工程實踐上更有重要的實際意義。目前，隨著材料科學的發(fā)展以及科學計算方法的不斷優(yōu)化，利用計算機模擬研究材料性能和微觀結構演化已成為大趨勢，給研究裂紋擴展過程中脆韌轉(zhuǎn)變帶來了新的方法。研究微裂紋的擴展過程中的脆韌轉(zhuǎn)變對材料的安全使用至關重要。

2、采用在模擬微觀結構上頗具優(yōu)勢的晶體相場法(PFC)，研究納米尺度裂紋起裂與擴展行為，考慮熱力學參數(shù)對裂紋的影響，研究不同尺寸以及不同拉應變條件下的材料裂紋分裂和連通，可以更好地研究材料裂紋擴展的脆韌轉(zhuǎn)變性能與機理。本文的主要成果如下:
　　1.等位移條件作用下，樣品在沿Y軸施加拉應變過程中，裂紋呈現(xiàn)擴展-鈍化-擴展的轉(zhuǎn)向特征，通過主次原子所在的晶格面的原子鍵之間的相互斷裂，裂尖擴展緩慢進行。但是當拉應力作用引起裂尖應變過大時，某個

3、固定原子排列方向的原子鍵會發(fā)生斷裂，導致顯著的解理斷裂。
　　2.隨著拉應變的不斷增大，裂紋尖端有個穩(wěn)態(tài)的鈍化過程。只有當原子鍵斷裂時，才會驅(qū)動裂紋擴展。施加11％拉應變時，位錯滑移軌道上產(chǎn)生多個空洞，空洞逐漸生長慢慢擴大，以致連通，繼而形成裂紋。施加13％拉應變時，裂紋前端的塑性區(qū)，通過發(fā)射位錯，位錯運動引起塑性變形，裂紋作韌性擴展，位錯發(fā)射形成滑移臺階。
　　3.等位移條件作用下，在一定裂口大小范圍內(nèi)，裂紋呈韌性起裂機制