SiC、Ni<,3>Al沿不同晶向扩展分子动力学研究

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本论文首先介绍了分子动力学模拟的基本概念和基本理论.研究了边界条件对模拟结果的影响、原子间势函数的选取、固体中常用的势函数以及运动方程算法的确定.在此基础上,建立了碳化硅、镍三铝拉伸过程的分子动力学模型.在求解过程中,为了减少由于仿真原子数远小于实际情况中原子数所引起"有限尺寸效应",对模型边缘施加"刚性边界条件". 第一部分利用分子动力学(MD)方法,采用Tersoff势对SiC在不同温度下初裂纹前缘沿[100],[110],[111]三个不同晶向的裂纹扩展进行了分子动力学模拟,并对若干力学行为的模拟结果进行微观解释.对于不同温度下裂纹前缘方向为[100],[111]晶向的初裂纹扩展的模拟,研究结果表明:裂纹扩展方式为脆性解理断裂,低应力下裂纹尖端垂直于拉应力方向有无序带形成于裂纹表面,在可以保证裂纹张开的力的作用下,裂纹尖端存在尖锐-钝化-尖锐的扩展过程.裂纹前缘方向为[110]晶向的初裂纹扩展的模拟结果表明:裂纹出现明显的"取向效应",裂纹传播方向脱离了原有晶向(约60度)而选择沿其它晶向传播,裂纹扩展比较容易,裂纹断裂平面几乎是完美的平整的断面. 第二部分采用镍铝势,对Ni<,3>Al晶体断裂特性进行了模拟,首先裂纹尖端处位错成核并发射出来,在裂纹尖端处形成无序带.无序带使裂纹尖端处累积的应力发散,使裂纹扩展几乎停止.其次裂纹体系出现相变,并随着加载的进行,相变逐渐开始扩展至整个裂纹体系.在裂纹体系完成相变的过程中,无序带前端形成双侧对称晶带,无序区前端形成的两侧晶带能够减弱无序带对裂纹前缘处局部集中应力的松弛作用,使得裂纹尖端处的局部集中应力慢慢增大,直至大于原子键合力,最后裂纹开始扩展.
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