纳米铜周期加载条件下力学性质的分子动力学模拟

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxiao8910
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在目前的工程材料科学中,金属材料的周期疲劳破坏是主要破坏方式,而金属材料的微观纳米研究很有可能在金属疲劳破坏领域取得较大进展并进一步通过纳米材料的研究改善金属材料的力学性质,并有可能为高性能工程金属材料提供新思路。本论文采用分析型EAM嵌入势函数和速度控温法控温方法,通过分子动力学方法模拟,研究了单晶,孪晶纳米铜在周期性载荷条件下所表现的力学性质。单晶纳米铜在单轴周期性拉伸加载条件下,沿z轴方向,三种不同晶向等速率下进行分子动力学模拟计算实验,旨在从微观层面研究在周期性拉伸加载与非周期性拉伸加载下,单晶纳米铜的拉伸应力以及其他力学性能的展现。在模拟计算后,我们比较了在周期性加载下与非周期加载下体现出的不同的力学现象以及各自展现的特性,并对不同周期等速率加载条件下的计算结果进行分析和研究发现,单晶纳米铜在不同周期加载条件下展现出的最大屈服应力不相同,其各自的半周期步数将影响其疲劳应力峰值以及后续破坏应力值,换言之,当单晶纳米铜材料在周期性加载条件下加载时,其力学特性并非同等速率非周期加载下一样稳定。而后进行了孪晶纳米铜在相同的非周期加载条件下的模拟计算,并与单晶纳米铜在周期条件下所展现的力学特性和响应以及屈服表现方式进行比较,从而得出单晶和孪晶纳米铜在周期条件下抵抗周期破坏的能力。虽然孪晶纳米铜在周期条件下抗拉伸屈服能力较单晶纳米铜要差,然而在周期拉伸载荷条件下所表现出来的抗周期拉伸破坏的能力要优于单晶纳米铜,在周期拉伸载荷加在过程中,孪晶纳米铜并未出现在即将达到屈服阶段时最大应力点下降,在未进入屈服阶段时的每个1/2周期长的“拉伸停止”阶段中,孪晶纳米铜表现出很好的稳定性,而并没有像单晶纳米铜材料一样在停滞阶段出现不可恢复的应力最大值降低,故孪晶纳米铜较单晶纳米铜来说具有更好的抗微观周期载荷破坏的能力。
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