多晶Ti疲劳变形过程的分子动力学模拟

发布时间：2023-12-13 20:22

　　金属在制造和使用过程中难免会发生疲劳变形,而且随着疲劳时间的增长,材料会发生破坏失效。因此研究金属在疲劳变形过程中微结构的演化过程对于理解材料的变形和失效有重要的意义。在研究材料微观层面上的细节上,分子动力学模拟是计算机模拟中的一种重要手段。根据这种方法,本文分别对不含裂纹和含裂纹的多晶钛模型的疲劳过程进行了模拟研究。论文首先简要描述了分子动力学模拟方法在材料科学中的研究现状。介绍了分子动力学模拟的方法和原理,并对各个过程的关键因素和方法进行了详细讨论。对无裂纹和含裂纹的模型都采用拉伸应变率加载的方式研究其疲劳变形过程。对无裂纹模型,先研究其拉伸行为,以获得钛多晶体基本的力学性能。然后在疲劳载荷下,通过绘制材料的应力-应变图和特殊时刻的原子构型图来观察和分析其疲劳变形行为。根据能量变化图描述了整个疲劳变形过程。研究了晶粒大小对疲劳变形过程的影响。结果表明:晶粒内部位错的产生导致结构发生塑性变形,位错主要在晶界处形核,然后运动到晶粒对面的晶界处并逐渐消失;晶界是位错产生、运动和湮灭的源头,晶粒发生粗化;晶粒尺寸为5纳米与8纳米时,疲劳变形以位错的形核、运动和湮灭为主;晶粒尺寸为10纳米时...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 分子动力学的发展概况
    1.3 材料力学行为的多尺度模拟
    1.4 分子动力学模拟在材料计算中的应用
    1.5 裂纹扩展的分子动力学模拟研究现状
    1.6 本文研究的主要内容
第2章 分子动力学模拟的原理与方法
    2.1 引言
    2.2 分子动力学基本原理
    2.3 运动方程求解方法
        2.3.1 Verlet算法
        2.3.2 Leap-Frog算法
    2.4 原子间相互作用势
        2.4.1 对势
        2.4.2 多体势
    2.5 初始条件的确立
        2.5.1 边界条件
        2.5.2 初始位置和速度
        2.5.3 时间步长
        2.5.4 系综
    2.6 控制与分析方法
        2.6.1 温度的控制
        2.6.2 压力的控制
        2.6.3 结构分析方法
    2.7 模拟软件与可视化
第3章 无裂纹多晶钛疲劳载荷下的分子动力学模拟
    3.1 钛的EAM势
    3.2 无裂纹多晶模型的建立
    3.3 驰豫
    3.4 拉伸变形过程
    3.5 疲劳变形过程
        3.5.1 小晶粒模型的疲劳变形
        3.5.2 中等晶粒模型的疲劳变形
        3.5.3 大晶粒模型的疲劳变形
    3.6 本章小结
第4章 含裂纹多晶钛疲劳载荷下的分子动力学模拟
    4.1 含裂纹多晶模型的建立
    4.2 不同裂纹长度的多晶模型疲劳变形过程
        4.2.1 裂纹长度为3纳米的多晶模型疲劳变形
        4.2.2 裂纹长度为5纳米的多晶模型疲劳变形
        4.2.3 裂纹长度为7纳米的多晶模型疲劳变形
    4.3 温度对含裂纹多晶钛疲劳变形的影响
    4.4 应变率对含裂纹多晶钛疲劳变形的影响
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3873904