基于分子动力学的铜铅合金拉伸变形特性的研究

发布时间：2023-04-19 02:03

　　随着微机电系统向纳机电系统过渡,系统中器件尺寸逐渐逼近纳米级,器件材料表现出和宏观材料不同的特性。铜铅合金由于良好的自润滑性能和减磨性常用于轴承上,当轴承承受较大的机械载荷时其工作表面发生变形使得轴承精度降低,从而影响机电系统的运动精度和平稳性。本文通过研究纳米级铜铅合金变形特性,为纳机电系统中轴承的性能强化和失效预防提供技术支持。首先,本文基于分子动力学理论,采用Voronoi法建立铜铅合金仿真模型,选择嵌入原子势描述铜铅合金原子间相互作用,通过弹性常数和结合能的仿真值与实验值的对比验证了所选嵌入式势函数的准确性。其次,通过LAMMPS仿真平台对铜铅合金模型充分弛豫和施加拉伸载荷。弛豫结果表明铅原子使得模型晶界剪应力降低、晶界势能升高、晶界CSP值增加,且随着铅原子比例的增加,不同晶界结构的剪应力和势能呈线性变化。拉伸结果表明,不同铅原子比例的铜铅合金在拉伸过程中的裂纹扩展存在方向差异。铅原子比例的增加使得铜铅合金弹性模量减小、极限强度先减小后增加,铅原子的增多能明显抑制晶粒内部位错层。拉伸过程中晶界和晶粒的势能变化曲线完全不同,晶界在拉伸变形中起主要作用。最后,对含有预制孔缺陷的铜...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景
    1.2 课题研究的目的与意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 纯多晶拉伸力学性能的研究
        1.3.2 多晶合金拉伸力学性能的研究
        1.3.3 国内外文献综述简析
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 分子动力学理论及仿真模型建立
    2.1 引言
    2.2 分子动力学理论
        2.2.1 基本原理
        2.2.2 内应力计算
        2.2.3 缺陷分析
    2.3 仿真模型建立
    2.4 本章小结
第3章 铜铅合金的嵌入式原子势验证
    3.1 引言
    3.2 原子势函数介绍
    3.3 铜铅合金嵌入式原子势验证
        3.3.1 铜铅合金弹性常数的验证
        3.3.2 铜铅合金结合能的验证
    3.4 本章小结
第4章 铜铅合金拉伸变形特性的研究
    4.1 引言
    4.2 多晶铜和铜铅合金拉伸变形特性的对比分析
        4.2.1 仿真方案
        4.2.2 多晶铜和铜铅合金弛豫结果分析
        4.2.3 多晶铜和铜铅合金拉伸结果分析
    4.3 铅比例对铜铅合金拉伸变形特性的影响
        4.3.1 仿真方案
        4.3.2 不同铅比例铜铅合金弛豫结果分析
        4.3.3 不同铅比例铜铅合金拉伸结果分析
    4.4 本章小结
第5章 孔缺陷对铜铅合金拉伸变形特性的影响
    5.1 引言
    5.2 缺陷位置对铜铅合金拉伸变形特性的影响
        5.2.1 孔缺陷位于晶粒
        5.2.2 孔缺陷位于晶界面
        5.2.3 孔缺陷位于三叉晶界
        5.2.4 孔缺陷位于顶点团
    5.3 孔隙率对铜铅合金拉伸变形特性的影响
        5.3.1 孔半径对铜铅合金拉伸变形特性的影响
        5.3.2 孔数量对铜铅合金拉伸变形特性的影响
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3793494