辐照氦泡对单晶铜及铜/铌多层材料力学行为影响的分子模拟研究
发布时间：2022-11-11 21:25
核电材料在核电技术的发展与应用中具有重要作用,辐照缺陷在核电材料中引起的辐照硬化、辐照脆化、辐照肿胀、辐照蠕变等辐照效应严重影响核能工程的安全性和寿命。辐照氦泡是许多受辐照材料的主要缺陷之一,因此开展金属材料中氦泡缺陷对材料力学性能影响的微观变形机理的研究,是设计研发具有良好力学性能抗辐照材料的基础工作之一,具有重要的科学意义与实际应用价值。本文采用分子模拟方法系统地研究了单晶铜内辐照氦泡的平衡内压及其尺度效应、温度效应和引起的应力场,探究了铜/铌层状材料中氦泡与界面间的相互作用,以及氦泡对铜铌层状材料微观变形过程及其力学性能的影响。主要研究工作及成果如下:系统地考察了氦泡内的氦/空位填充比对氦泡内压的影响,采用最小能量准则与应力平衡准则,提出了确定辐照氦泡平衡内压的方法。研究发现:1)存在一个临界尺度,当氦泡孔径小于该临界尺度时,平衡内压出现反常尺度效应,即当氦泡孔径小于3nm时,平衡内压并不随孔径减小而明显增大,甚至出现减小的异常现象,这一反常尺度效应可以从氦泡-基体界面的多面体特征（几何因素）和氦-铜相互作用势（物理因素）两方面进行诠释。2)与模拟获得的平衡内压值相比,采用You...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究背景
1.3 金属材料中的氦行为
1.3.1 氦泡成核与生长机制
1.3.2 氦泡中的氦密度
1.3.3 辐照氦泡对金属材料力学性能的影响
1.4 层状微纳米金属材料概述
1.5 论文主要内容与意义
第二章 模拟计算方法概述
2.1 分子动力学概述
2.1.1 分子动力学简介
2.1.2 分子动力学基本原理
2.1.3 周期性边界条件
2.1.4 原子间相互作用势
2.2 本文原子间相互作用势
2.3 金属模型微结构分析方法
2.3.1 中心对称参数法
2.3.2 共近邻分析法
2.3.3 位错提取算法
2.4 本文软硬件环境简介
2.5 本章小结
第三章 单晶铜中氦泡的平衡内压与尺度效应
3.1 引言
3.2 模型创建及分析方法
3.3 氦泡的平衡内压
3.4 氦泡平衡内压的尺寸效应与温度影响
3.5 本章小结
第四章 氦泡引起基体残余应力场的研究
4.1 引言
4.2 平衡氦泡引起的应力场
4.3 过压氦泡引起的残余应力场
4.4 拉伸模拟中氦泡对位错成核的影响
4.5 关于位错源竞争关系的模拟
4.6 本章小结
第五章 氦泡对层状微纳米材料力学性能的影响
5.1 引言
5.2 模型创建及分析方法
5.2.1 Cu/Nb多层材料的界面结构
5.2.2 含氦泡的Cu/Nb多层材料模型
5.3 铜/铌多层材料中氦泡的成核位置
5.3.1 晶内氦泡与界面的相互作用
5.3.2 界面氦泡构型与成核位置
5.4 界面氦泡对铜/铌多层材料力学行为的影响
5.4.1 界面氦泡的平衡内压
5.4.2 界面氦泡对铜/铌界面剪切性能的影响
5.4.3 氦泡对铜/铌多层材料拉伸性能的影响
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 未来工作展望
参考文献
作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文
作者在攻读硕士学位期间所参与的项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]High He-ion irradiation resistance of CrMnFeCoNi high-entropy alloy revealed by comparison study with Ni and 304SS[J]. Lixin Yang,Hualong Ge,Jian Zhang,Ting Xiong,Qianqian Jin,Yangtao Zhou,Xiaohong Shao,Bo Zhang,Zhengwang Zhu,Shijian Zheng,Xiuliang Ma. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2019(03)
[2]Molecular dynamics study of helium bubble pressure in titanium[J]. 张宝玲,汪俊,侯氢. Chinese Physics B. 2011(03)
本文编号：3705772
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究背景
1.3 金属材料中的氦行为
1.3.1 氦泡成核与生长机制
1.3.2 氦泡中的氦密度
1.3.3 辐照氦泡对金属材料力学性能的影响
1.4 层状微纳米金属材料概述
1.5 论文主要内容与意义
第二章 模拟计算方法概述
2.1 分子动力学概述
2.1.1 分子动力学简介
2.1.2 分子动力学基本原理
2.1.3 周期性边界条件
2.1.4 原子间相互作用势
2.2 本文原子间相互作用势
2.3 金属模型微结构分析方法
2.3.1 中心对称参数法
2.3.2 共近邻分析法
2.3.3 位错提取算法
2.4 本文软硬件环境简介
2.5 本章小结
第三章 单晶铜中氦泡的平衡内压与尺度效应
3.1 引言
3.2 模型创建及分析方法
3.3 氦泡的平衡内压
3.4 氦泡平衡内压的尺寸效应与温度影响
3.5 本章小结
第四章 氦泡引起基体残余应力场的研究
4.1 引言
4.2 平衡氦泡引起的应力场
4.3 过压氦泡引起的残余应力场
4.4 拉伸模拟中氦泡对位错成核的影响
4.5 关于位错源竞争关系的模拟
4.6 本章小结
第五章 氦泡对层状微纳米材料力学性能的影响
5.1 引言
5.2 模型创建及分析方法
5.2.1 Cu/Nb多层材料的界面结构
5.2.2 含氦泡的Cu/Nb多层材料模型
5.3 铜/铌多层材料中氦泡的成核位置
5.3.1 晶内氦泡与界面的相互作用
5.3.2 界面氦泡构型与成核位置
5.4 界面氦泡对铜/铌多层材料力学行为的影响
5.4.1 界面氦泡的平衡内压
5.4.2 界面氦泡对铜/铌界面剪切性能的影响
5.4.3 氦泡对铜/铌多层材料拉伸性能的影响
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 未来工作展望
参考文献
作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文
作者在攻读硕士学位期间所参与的项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]High He-ion irradiation resistance of CrMnFeCoNi high-entropy alloy revealed by comparison study with Ni and 304SS[J]. Lixin Yang,Hualong Ge,Jian Zhang,Ting Xiong,Qianqian Jin,Yangtao Zhou,Xiaohong Shao,Bo Zhang,Zhengwang Zhu,Shijian Zheng,Xiuliang Ma. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2019(03)
[2]Molecular dynamics study of helium bubble pressure in titanium[J]. 张宝玲,汪俊,侯氢. Chinese Physics B. 2011(03)
本文编号：3705772
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3705772.html
