單晶硅及鋁預(yù)制初裂紋擴(kuò)展的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、本論文采用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)單品si和單晶Al中Ⅰ型裂紋擴(kuò)展的原子學(xué)過程,以及裂紋擴(kuò)展中裂尖區(qū)結(jié)構(gòu)演化問題進(jìn)行了模擬計(jì)算和分析. 第一部分:分析了單晶硅初裂紋擴(kuò)展過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象和機(jī)制.對(duì)裂紋前緣方向?yàn)閇100],[110]晶向的初裂紋擴(kuò)展模擬結(jié)果表明:低溫時(shí)裂紋尖端形成新的環(huán)狀結(jié)構(gòu),最初形成的新環(huán)狀結(jié)構(gòu)標(biāo)志著裂紋進(jìn)入裂紋陷阱區(qū)域,溫度逐漸升高后,出現(xiàn)母一子裂紋傳播機(jī)制.裂紋前緣方向?yàn)閇111]晶向的初裂紋模擬結(jié)果表明:溫度升高至

2、300K,低溫時(shí)裂紋尖端形成的七元環(huán)狀結(jié)構(gòu)沒有消失,微裂紋在Ⅰ型加載作用下產(chǎn)生明顯的取向效應(yīng),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(duì)裂紋前緣方向?yàn)閇210],[211]晶向的初裂紋擴(kuò)展模擬結(jié)果表明:加載時(shí)裂紋尖端的前方某處隨機(jī)形成微空洞,應(yīng)力加大時(shí)微空洞擴(kuò)大,微空洞逐漸成長相互聯(lián)結(jié),最終形成子裂紋,裂紋擴(kuò)展過程中同樣遵循著子母裂紋機(jī)制.對(duì)裂紋前緣方向?yàn)閇332]品向的初裂紋擴(kuò)展模擬結(jié)果表明:母裂紋分裂形成

3、兩個(gè)子裂紋,并由原先的裂紋平面跳躍至兩個(gè)新裂紋平面上,裂紋出現(xiàn)了分枝現(xiàn)象. 第二部分:用基于經(jīng)驗(yàn)勢(shì)的分子動(dòng)力學(xué)方法,分析了單晶鋁初裂紋擴(kuò)展過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象和機(jī)制.模擬結(jié)果表明:通過觀察原子體系的構(gòu)型演化,可以發(fā)現(xiàn)模型加載后,裂紋不是解理擴(kuò)展,而是裂紋尖端先發(fā)射出位錯(cuò),裂紋尖端處發(fā)射出的位錯(cuò)使裂紋尖端出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象,裂紋尖端原子開始出現(xiàn)無序現(xiàn)象,表現(xiàn)為裂紋尖端原子的空間坐標(biāo)出現(xiàn)亂序狀態(tài),隨后裂紋尖端無序現(xiàn)象得到進(jìn)一步加強(qiáng),逐漸形成無