应变对铜中空位团簇结构演化规律的影响

发布时间：2017-04-11 05:03

  本文关键词：应变对铜中空位团簇结构演化规律的影响，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：核结构材料在承受高能射线辐照的同时,还经常承受一定的应力载荷,这些载荷会对辐照缺陷的形成和结构产生影响,进而会影响材料的结构和性能。因此,明确应力对材料中缺陷结构演化的影响,对揭示核结构材料服役过程中微观结构、组织及力学性能的变化极为重要。本论文采用分子动力学方法研究应变对铜中空位团簇稳定性、团簇的稳定结构及演化规律的影响。首先,选取EAM势、FS势、2NN MEAM势三种势函数,针对不同的团簇构型：线团簇、面团簇和体团簇,进行无应变下铜中空位团簇演化规律的对比研究,结果发现由三种势函数得到的团簇演化规律一致,即四面体方式和八面体方式长大的团簇均具有较高的稳定性,且具有较大的长大概率。因此,无应变下,团簇倾向于四面体方式或八面体方式长大,并最终形成空洞。然后,本文研究了单轴[001]应变对铜中空位团簇的能量、稳定结构和演化规律的影响,结果发现团簇结合能随应变的变化呈现复杂规律,在应变变化区间为-10%-10%时,线、面团簇的结合能是单调变化的；而体团簇的结合能在拉／压应变下均降低。由于结合能的上述变化,导致当体系承受拉应变时,线、面团簇倾向于沿着应变轴分布；当体系承受压应变时,线、面团簇倾向于垂直应变轴分布。应变引起团簇相对稳定性的变化,进而引起了演化规律的变化。因此,当体系发生较大应变时,除八面体长大方式之外,空位团簇会倾向于沿着{001}面长大,并最终形成{001}面上的层错。此外,本文提出了应变影响的机制,即体系的松弛会迫使空位团簇周围的局部结构趋近于形成理想晶体结构,并且这一趋近程度可以通过体系的松弛程度来表示。最后,本文探究了体应变对铜中演化规律的影响,并尝试进行了在固定应变条件下和变应变下空位团簇演化过程的动态模拟。在体压缩时,空位团簇倾向于形成层错四面体；在体膨胀时,空位团簇倾向于以四面体和八面体结合的方式长大,并最终形成空洞。动态模拟结果显示在压应变下,空洞向层错四面体定向转化,在拉应变下,层错四面体向空洞定向转化,而在循环应变下,空洞与层错四面体实现了可逆转化。
【关键词】：分子动力学模拟 空位团簇 应变 稳定性 演化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 引言9-10
• 1.2 辐照诱发缺陷团簇结构及其演化10-14
• 1.2.1 缺陷的产生10-11
• 1.2.2 缺陷团簇的形核、长大和演化11-14
• 1.3 应变对辐照诱发缺陷团簇结构及其演化的影响14-19
• 1.3.1 缺陷的产生14-15
• 1.3.2 缺陷团簇的形核、长大和演化15-19
• 1.4 本文研究目的和内容19-20
• 2 计算方法及数据处理20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 分子动力学模拟方法简介20-21
• 2.3 计算条件选择21-25
• 2.3.1 计算思路21-22
• 2.3.2 积分算法22-23
• 2.3.3 原子势函数23-24
• 2.3.4 边界条件24-25
• 2.3.5 系综25
• 2.4 数据处理25-28
• 2.4.1 空位团簇形成能和结合能的计算25-26
• 2.4.2 缺陷判断方法26-28
• 2.5 数据可视化28
• 2.6 本章小结28-29
• 3 无应变时,空位团簇结构的演化规律29-36
• 3.1 计算参数的设置29-30
• 3.2 空位团簇的稳定结构30-33
• 3.3 空位团簇结构的演化规律33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 单轴应变对空位团簇结构演化规律的影响36-52
• 4.1 计算参数的设置36-39
• 4.1.1 应变的引入36-37
• 4.1.2 团簇取向的确定37-38
• 4.1.3 势函数的选取38-39
• 4.2 空位团簇结构的演化规律39-44
• 4.3 应变影响的机制44-48
• 4.4 结构重构48-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 体应变对空位团簇结构演化规律的影响52-65
• 5.1 计算参数的设置52
• 5.1.1 应变的引入52
• 5.1.2 势函数的选取52
• 5.2 空位团簇结构的演化规律52-57
• 5.3 空位团簇结构的相互转化57-64
• 5.3.1 空位团簇结构间的定向转变57-62
• 5.3.2 空位团簇结构间的可逆转变62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-71
• 附录A 模拟过程中的主要程序71-77
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77-78
• 致谢78-79

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