基于分子动力学的单晶纳米钛塑性变形研究

发布时间：2023-05-05 22:29

　　金属钛因其高强度、低密度和优异的抗腐蚀性能在很多领域的应用极具吸引力,是21世纪重要的战略金属,金属钛的塑性变形一直是学者们的研究热点。纳米科技的发展使人们逐渐认识到,当材料和构件的尺度达到纳米量级时,其力学行为和宏观尺度下存在显著不同,呈现出很多力学新现象。从微观角度了解材料在纳米尺度下的力学性能和变形机制具有重要意义。本文以钛纳米柱为研究对象,通过分子动力学模拟方法来解释纳米尺度下钛的微观结构与其材料性能之间的相互关系,并且给出相关的影响机制。当钛单晶纳米柱在300K、1×10⁸s^-1的条件下沿[0001]晶向单轴压缩时,因应力在纳米柱棱边处集中,锥面不全位错优先在纳米柱固定层与可移动区交界处的表面形核,参与到初始塑性变形过程中;随后锥面<c+a>滑移系启动,其柏氏矢量为1/3[1213],有效协调了横向和纵向的变形;且在晶体部分区域出现层错,形成部分fcc结构以降低总体应力。整个变形过程中均没有形变孪晶存在,塑性变形主要是由锥面上的位错运动主导,这与变形孪晶的尺寸效应有关。纳米圆柱的塑性变形方式与纳米方柱一致,均以位错滑移为...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 钛及其合金的形变模式
        1.2.1 滑移模式
        1.2.2 孪晶形变
    1.3 国内外对金属钛塑性变形的研究进展
    1.4 分子动力学在金属钛塑性变形研究方面的应用
    1.5 课题的来源、研究内容及意义
        1.5.1 课题的来源
        1.5.2 课题研究主要内容
        1.5.3 课题研究的意义
    1.6 本章小结
第二章 分子动力学模拟基础及势函数验证
    2.1 分子动力学基本原理
    2.2 边界条件
        2.2.1 周期性边界条件
        2.2.2 自由边界条件
        2.2.3 固定边界条件
    2.3 系综
        2.3.1 平衡系综的分类
        2.3.2 平衡系综的控制方法
    2.4 势函数的介绍及验证
        2.4.1 势函数介绍
        2.4.2 势函数的选择
        2.4.3 势函数的验证
    2.5 本章小结
第三章 单晶Ti纳米柱单向压缩的分子动力学模拟
    3.1 引言
    3.2 算法及模型
        3.2.1 计算算法
        3.2.2 计算模型
    3.3 单晶Ti压缩过程分析
        3.3.1 弛豫过程分析
        3.3.2 钛单晶纳米方柱压缩过程分析
        3.3.3 钛单晶纳米圆柱压缩过程分析
    3.4 本章小结
第四章 单晶Ti纳米柱单向拉伸的分子动力学模拟
    4.1 引言
    4.2 单晶Ti拉伸过程分析
        4.2.1 钛单晶纳米方柱拉伸过程分析
        4.2.2 拉伸塑性变形行为的对比分析
    4.3 温度和应变速率对拉伸变形行为的影响
    4.4 拉压不对称行为的机理分析
    4.5 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 进一步的工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况



本文编号：3808483