分子動(dòng)力學(xué)模擬梯度納米晶Cu及Cu-Ni合金的力學(xué)性能.pdf

1、納米金屬材料的力學(xué)性能及變形機(jī)制一直是材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，尤其是關(guān)于晶粒尺寸對(duì)材料的強(qiáng)度及塑性的影響的研究。一般而言，細(xì)化晶粒能夠使材料強(qiáng)度增高，但材料的延展性會(huì)極大的降低。工程結(jié)構(gòu)材料的理想性能往往是具有高強(qiáng)度和高塑性的，然而強(qiáng)度與塑性通常不可兼得。塑性較好的材料強(qiáng)度往往很低，而具有較高強(qiáng)度的材料其塑性很差。納米金屬材料是典型的高強(qiáng)材料，其強(qiáng)度比粗晶金屬高一個(gè)量級(jí)，但延展性幾乎為零；而粗晶金屬延展性較好，但強(qiáng)度不高。如何提高納米金屬的

2、拉伸塑性變形能力成為材料領(lǐng)域的一項(xiàng)重大難題。材料的微觀結(jié)構(gòu)和成分含量對(duì)材料的宏觀力學(xué)性能起決定性作用。梯度材料的組成、結(jié)構(gòu)連續(xù)變化，內(nèi)部沒有明顯界面，性質(zhì)連續(xù)變化。有研究發(fā)現(xiàn)，梯度納米金屬既具有較高的屈服強(qiáng)度，同時(shí)其延展性也非常好。因此對(duì)梯度材料相關(guān)性能研究就很有意義。計(jì)算機(jī)模擬發(fā)展迅速，已成研究材料性能的一種有效方法。本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了梯度納米晶銅及梯度銅鎳合金的力學(xué)性能。
　　首先，應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬納米晶Cu及

3、梯度納米晶Cu在單向拉伸應(yīng)變載荷下的的力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)變化過程。模擬結(jié)果表明，梯度納米晶Cu的屈服強(qiáng)度及拉伸塑性變形能力比納米晶Cu略高。在對(duì)梯度納米晶Cu拉伸模擬過程中，其變形機(jī)制較為復(fù)雜，粒徑較小的區(qū)域首先產(chǎn)生裂紋，然后逐漸在粒徑較大的區(qū)域出現(xiàn)裂紋，單晶區(qū)塑性最好，材料遭到破壞時(shí)仍然沒有裂紋出現(xiàn)，只存在位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)及堆垛層錯(cuò)。
　　其次，應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬Ni成分梯度變化的納米晶Cu/Ni合金在單向拉伸應(yīng)變載荷下，合金的力學(xué)