拉伸和彎曲作用下單晶銅構(gòu)件裂紋擴展的分子動力學模擬.pdf

1、單晶銅材料以其優(yōu)良的電學性能、信號傳輸性能以及耐腐蝕、抗疲勞的特性，而廣泛應用于國防技術、民用電子以及網(wǎng)絡通訊等領域。在單晶銅納米材料的制備過程中，由于生產(chǎn)技術和制備工藝的制約，容易產(chǎn)生微裂紋等微觀缺陷結(jié)構(gòu)，對材料的力學性能產(chǎn)生較大的影響。正是如此，圍繞單晶銅納米材料的微觀結(jié)構(gòu)損傷的分析，逐漸成為研究金屬納米材料的一個熱點。
　　本課題利用分子動力學模擬軟件LAMMPS，分別對不同構(gòu)型、不同受力狀態(tài)下的單晶銅納米材料在納米尺度上的

2、裂紋擴展變化情況進行模擬。通過對徑向分布函數(shù)以及中心對稱參數(shù)的計算，對擴展過程中系統(tǒng)的構(gòu)型變化包括位錯結(jié)構(gòu)的萌生、位錯發(fā)射、裂紋尖端的原子松弛現(xiàn)象和裂紋擴展等現(xiàn)象進行了分析。深入研究了從弛豫到加載直至結(jié)構(gòu)破壞的整個過程中模擬系統(tǒng)的應力變化、能量變化。從不同的角度出發(fā)，對單晶銅納米材料裂紋擴展過程中的位錯結(jié)構(gòu)演化以及裂紋擴展的本質(zhì)進行了研究并得出一定的結(jié)論。
　　通過對不同加載方式下不同結(jié)構(gòu)的帶裂紋單晶銅納米材料裂紋擴展的模擬，可以

3、得出如下結(jié)論：系統(tǒng)的應力變化引起構(gòu)型變化，構(gòu)型的變化伴隨著系統(tǒng)整體勢能的變化。裂紋尖端處的應力集中是導致裂紋擴展的主要原因，并且裂紋擴展也是隨著裂尖應力集中區(qū)域的變化而變化。隨著外載荷的逐漸增加，裂紋尖端處的應力集中越來越明顯，從而使得系統(tǒng)的構(gòu)型發(fā)生變化。例如裂紋尖端的原子松弛以及兩側(cè)位錯結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生以及擴展過程中子裂紋的萌生和裂尖處的鈍化現(xiàn)象等，都是裂尖應力集中區(qū)域隨著外載荷加載的逐漸演化的結(jié)果。通過對系統(tǒng)所有原子的中心對稱參數(shù)的計算，