基于分子动力学模拟的非晶合金纳米压痕响应研究
发布时间：2022-12-04 20:34
非晶合金材料是近年来伴随着科技高速发展应运产生的一种新型材料,其基本结构为长程无序排列的金属原子,同时具备金属材料良好塑性、导电特性和玻璃材料耐腐蚀、硬度高的特征,因而在微电子、耐腐蚀涂层、光电催化、微结构材料等领域具有很好的应用前景。无论是作为功能性材料还是结构性材料,非晶合金在工程应用中不可避免地面临复杂的力学环境,使得其变形机制和力学性能研究成为非晶材料科学研究中的重点和热点。其中,非晶材料变形机制和微观结构之间的关联是破解其力学本质的关键。传统力学测试方法采用离位观测手段难以对非晶材料微结构转变和力学行为间关联进行研究。先进观测技术的发展,可实现对非晶材料进行纳米级原位力学测试,并观测材料局部微观结构演变,有力促进了非晶微观力学研究。但此类测试手段对仪器先进度依赖性高、测试成本高、测试环境要求高,面对非晶合金材料多样化参数（如变形速率、温度、剪切带交互）研究的迫切需求十分受限。针对上述非晶合金材料微纳米级别力学性能及变形行为研究的迫切需求,以及原位测试技术先进度依赖高、测试成本高、测试环境苛刻的矛盾,本文采用分子动力学模拟方法,以Cu-Zr二元非晶合金材料为主要研究对象,围绕非...
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 非晶合金材料发展
1.2.1 非晶合金的基本结构
1.2.2 非晶结构基本形变理论
1.3 非晶合金力学性能研究进展
1.3.1 非晶合金的力学性能
1.3.2 非晶合金变形模式
1.3.3 纳米压痕测试
1.3.4 压痕作用下非晶合金剪切带
1.3.5 非晶合金增韧方法及机制
1.4 分子动力学在非晶合金力学性能分析中的应用
1.4.1 非晶合金材料的几种主要计算模拟方法
1.4.2 非晶合金分子动力学研究进展
1.4.3 非晶合金压痕分子动力学模拟
1.5 本文主要研究内容
第2章 分子动力学基本原理及非晶合金模型
2.1 分子动力学简介
2.1.1 基本原理
2.1.2 分子动力学重要参数和概念
2.1.3 模拟结果分析方法
2.2 非晶合金模型构建和原子结构分析
2.2.1 非晶合金模型构建
2.2.2 非晶模型的验证和结构分析
2.2.3 冷却速率对非晶合金结构的影响
2.2.4 温度对非晶合金结构的影响
2.3 本章小结
第3章 非晶合金压痕过程的分子动力学模拟
3.1 非晶合金二维/三维压痕模型构建及对比
3.1.1 非晶合金压痕模型建立
3.1.2 Hertz弹性接触理论
3.1.3 压痕弹性段拟合及屈服点分析
3.1.4 剪切带对比
3.2 影响非晶合金力学性能的几个因素
3.2.1 非晶材料组分和制备冷却速率的影响
3.2.2 温度的影响
3.3 压痕参数对非晶合金压痕测试结果的影响
3.3.1 压痕中加载速率的影响
3.3.2 压头尺寸的影响
3.4 本章小结
第4章 预应力对非晶合金压痕影响研究
4.1 非晶合金的拉伸/压缩模拟
4.2 预应力下非晶合金压痕的模拟
4.2.1 预应力对非晶合金微结构的影响
4.2.2 预应力对压痕弹性接触应力场分布的影响
4.2.3 预应力压痕模拟结果
4.2.4 预应力压痕过程剪切带扩展
4.2.5 压头半径的影响
4.3 预应力压痕中的脆性行为能量法分析
4.4 本章小结
第5章 预塑性变形对非晶合金压痕影响研究
5.1 循环压痕加载对非晶合金力学性能影响
5.1.1 模型建立
5.1.2 循环压痕模拟结果
5.1.3 硬化行为分析
5.1.4 温度对硬化现象的影响
5.1.5 加载速率对硬化现象的影响
5.2 熨压过程对非晶合金压痕测试的影响
5.2.1 熨压模型建立
5.2.2 熨压处理对非晶合金材料表面影响
5.2.3 熨压处理后非晶合金压痕测试结果
5.3 本章小结
第6章 非晶合金复合层材料的力学性能及压痕研究
6.1 非晶-晶体金属复合材料剪切模拟
6.1.1 ACNL剪切模型建立
6.1.2 ACI结构分析
6.1.3 ACNL剪切变形行为的各向异性
6.1.4 ACI在两种变形模式中作用
6.1.5 ACNL晶体层厚度比的影响
6.2 ACNL压痕模拟研究
6.2.1 ACNL压痕模型建立
6.2.2 ACNL压痕结果
6.2.3 压痕协作变形分析
6.3 本章小结
第7章 总结与展望
参考文献
作者简介及主要研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[2]玻璃态金属塑料[J]. 李建福,王军强,刘晓峰,赵昆,张博,白海洋,潘明祥,汪卫华. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(06)
[3]大块非晶合金力学性能研究进展[J]. 孙军,张国君,刘刚. 西安交通大学学报. 2001(06)
博士论文
[1]金属玻璃近表面区域力学行为及动力学研究[D]. 吕玉苗.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
[2]压痕/划痕测试若干理论与基于自制仪器的试验研究[D]. 黄虎.吉林大学 2014
[3]铁基金属玻璃动力学特性及断裂损伤机理研究[D]. 杨卫明.中国矿业大学 2014
[4]TiZrNiCuBe块体非晶合金的力学行为[D]. 黄永江.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3708947
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 非晶合金材料发展
1.2.1 非晶合金的基本结构
1.2.2 非晶结构基本形变理论
1.3 非晶合金力学性能研究进展
1.3.1 非晶合金的力学性能
1.3.2 非晶合金变形模式
1.3.3 纳米压痕测试
1.3.4 压痕作用下非晶合金剪切带
1.3.5 非晶合金增韧方法及机制
1.4 分子动力学在非晶合金力学性能分析中的应用
1.4.1 非晶合金材料的几种主要计算模拟方法
1.4.2 非晶合金分子动力学研究进展
1.4.3 非晶合金压痕分子动力学模拟
1.5 本文主要研究内容
第2章 分子动力学基本原理及非晶合金模型
2.1 分子动力学简介
2.1.1 基本原理
2.1.2 分子动力学重要参数和概念
2.1.3 模拟结果分析方法
2.2 非晶合金模型构建和原子结构分析
2.2.1 非晶合金模型构建
2.2.2 非晶模型的验证和结构分析
2.2.3 冷却速率对非晶合金结构的影响
2.2.4 温度对非晶合金结构的影响
2.3 本章小结
第3章 非晶合金压痕过程的分子动力学模拟
3.1 非晶合金二维/三维压痕模型构建及对比
3.1.1 非晶合金压痕模型建立
3.1.2 Hertz弹性接触理论
3.1.3 压痕弹性段拟合及屈服点分析
3.1.4 剪切带对比
3.2 影响非晶合金力学性能的几个因素
3.2.1 非晶材料组分和制备冷却速率的影响
3.2.2 温度的影响
3.3 压痕参数对非晶合金压痕测试结果的影响
3.3.1 压痕中加载速率的影响
3.3.2 压头尺寸的影响
3.4 本章小结
第4章 预应力对非晶合金压痕影响研究
4.1 非晶合金的拉伸/压缩模拟
4.2 预应力下非晶合金压痕的模拟
4.2.1 预应力对非晶合金微结构的影响
4.2.2 预应力对压痕弹性接触应力场分布的影响
4.2.3 预应力压痕模拟结果
4.2.4 预应力压痕过程剪切带扩展
4.2.5 压头半径的影响
4.3 预应力压痕中的脆性行为能量法分析
4.4 本章小结
第5章 预塑性变形对非晶合金压痕影响研究
5.1 循环压痕加载对非晶合金力学性能影响
5.1.1 模型建立
5.1.2 循环压痕模拟结果
5.1.3 硬化行为分析
5.1.4 温度对硬化现象的影响
5.1.5 加载速率对硬化现象的影响
5.2 熨压过程对非晶合金压痕测试的影响
5.2.1 熨压模型建立
5.2.2 熨压处理对非晶合金材料表面影响
5.2.3 熨压处理后非晶合金压痕测试结果
5.3 本章小结
第6章 非晶合金复合层材料的力学性能及压痕研究
6.1 非晶-晶体金属复合材料剪切模拟
6.1.1 ACNL剪切模型建立
6.1.2 ACI结构分析
6.1.3 ACNL剪切变形行为的各向异性
6.1.4 ACI在两种变形模式中作用
6.1.5 ACNL晶体层厚度比的影响
6.2 ACNL压痕模拟研究
6.2.1 ACNL压痕模型建立
6.2.2 ACNL压痕结果
6.2.3 压痕协作变形分析
6.3 本章小结
第7章 总结与展望
参考文献
作者简介及主要研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[2]玻璃态金属塑料[J]. 李建福,王军强,刘晓峰,赵昆,张博,白海洋,潘明祥,汪卫华. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(06)
[3]大块非晶合金力学性能研究进展[J]. 孙军,张国君,刘刚. 西安交通大学学报. 2001(06)
博士论文
[1]金属玻璃近表面区域力学行为及动力学研究[D]. 吕玉苗.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
[2]压痕/划痕测试若干理论与基于自制仪器的试验研究[D]. 黄虎.吉林大学 2014
[3]铁基金属玻璃动力学特性及断裂损伤机理研究[D]. 杨卫明.中国矿业大学 2014
[4]TiZrNiCuBe块体非晶合金的力学行为[D]. 黄永江.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3708947
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