面心立方金属塑性变形微观机制的原子模拟研究
发布时间：2023-08-30 00:23
金属材料的塑性变形和力学性能依赖于自身的微观结构演化,而这种依赖性多取决于位错的运动行为。因此,准确地描述位错的运动行为是理解材料微观变形机制及其对力学性能影响的关键。在面心立方(Face centered cubic,FCC)金属中,位错行为受到其分解组态的影响。位错分解是理解交滑移和湮灭以及相应微观变形机理的基础。通常认为层错能是影响位错分解的关键参数。然而,实验中对于层错能数值的测量结果却十分发散,且一直缺乏合理的解释。另外,目前对于位错分解后的交滑移和湮灭过程的微观机制依然缺乏清晰的认识,对于它们与材料宏观力学性能的关联也存在疑惑。因此,本文选择四种常见的FCC金属材料,采用分子静力学和动力学的原子尺度模拟方法,依次研究了位错组态对位错分解行为和层错能的影响,位错的交滑移机制和湮灭行为等。通过全面分析位错的运动行为,理解典型实验现象的微观机理,为优化设计金属结构材料提供理论指导。本论文的主要研究结果如下:1.探讨了位错组态对位错分解行为和层错能的影响。研究结果表明,在一定的位错组态中,随着位错密度的增加,材料的有效层错能不断增加,由此便可以解释层错能实际测量值的分散。同时,本研...
【文章页数】：179 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 FCC金属中的位错与层错能
1.2.1 全位错的分解与层错能
1.2.2 层错能与材料塑性变形
1.2.3 层错能的测量及影响因素
1.3 FCC金属中单根螺位错的交滑移
1.3.1 不全位错的受力与运动
1.3.2 交滑移在塑性变形中的作用
1.3.3 典型交滑移机制
1.3.4 交滑移理论及模拟研究
1.4 FCC金属中异号螺位错的湮灭
1.4.1 位错湮灭在单向变形中的作用
1.4.2 位错湮灭在循环变形中的作用
1.4.3 位错湮灭理论及模拟研究
1.5 研究意义、目的及内容
第2章 原子尺度模拟方法及原理
2.1 引言
2.2 原子间交互作用势
2.2.1 原子对势理论
2.2.2 嵌入原子理论
2.3 分子静力学方法
2.3.1 基本原理概述
2.3.2 能量最小化
2.4 分子动力学方法
2.4.1 基本原理概述
2.4.2 位置和速度更新
2.4.3 温度控制方法
2.5 边界条件设定
2.6 数据分析及可视化
2.6.1 原子应力计算
2.6.2 能量过滤法
2.6.3 Nye张量参数法
2.6.4 原子配位数法
2.7 本章小结
第3章 位错列组态与有效层错能
3.1 引言
3.2 原子模拟模型
3.2.1 单晶体中位错列模型
3.2.2 孪晶界上位错列模型
3.2.3 位错分解宽度的测量
3.2.4 模拟势函数的选择
3.3 理论计算模型
3.4 结果与讨论
3.4.1 单晶体中位错列的分解
3.4.2 位错密度与有效层错能
3.4.3 温度对层错能的影响
3.4.4 孪晶界上位错列的分解
3.5 本章小结
第4章 滑移切应力下单根螺位错的交滑移
4.1 引言
4.2 原子模型
4.3 结果与讨论
4.3.1 应力作用下长位错的交滑移机制
4.3.2 应力作用下两种FL机制的转换
4.3.3 温度对交滑移机制的影响
4.3.4 层错能对交滑移机制的影响
4.4 本章小结
第5章 非滑移切应力下单根螺位错的交滑移
5.1 引言
5.2 模拟模型
5.3 理论模型
5.4 结果与讨论
5.4.1 无应力状态下位错的静态平衡
5.4.2 静力学加载条件下位错的合并
5.4.3 动力学加载条件下位错的交滑移
5.5 本章小结
第6章 螺位错偶极子列的湮灭行为
6.1 引言
6.2 模拟模型
6.3 结果与讨论
6.3.1 位错偶极子列的自发湮灭
6.3.2 位错偶极子列的分解宽度
6.3.3 位错偶极子列的临界通过应力
6.3.4 滑移切应力下偶极子列的湮灭行为
6.3.5 非滑移切应力下偶极子列的湮灭行为
6.4 本章小结
第7章 全文总结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文
作者简介
本文编号：3844572
【文章页数】：179 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 FCC金属中的位错与层错能
1.2.1 全位错的分解与层错能
1.2.2 层错能与材料塑性变形
1.2.3 层错能的测量及影响因素
1.3 FCC金属中单根螺位错的交滑移
1.3.1 不全位错的受力与运动
1.3.2 交滑移在塑性变形中的作用
1.3.3 典型交滑移机制
1.3.4 交滑移理论及模拟研究
1.4 FCC金属中异号螺位错的湮灭
1.4.1 位错湮灭在单向变形中的作用
1.4.2 位错湮灭在循环变形中的作用
1.4.3 位错湮灭理论及模拟研究
1.5 研究意义、目的及内容
第2章 原子尺度模拟方法及原理
2.1 引言
2.2 原子间交互作用势
2.2.1 原子对势理论
2.2.2 嵌入原子理论
2.3 分子静力学方法
2.3.1 基本原理概述
2.3.2 能量最小化
2.4 分子动力学方法
2.4.1 基本原理概述
2.4.2 位置和速度更新
2.4.3 温度控制方法
2.5 边界条件设定
2.6 数据分析及可视化
2.6.1 原子应力计算
2.6.2 能量过滤法
2.6.3 Nye张量参数法
2.6.4 原子配位数法
2.7 本章小结
第3章 位错列组态与有效层错能
3.1 引言
3.2 原子模拟模型
3.2.1 单晶体中位错列模型
3.2.2 孪晶界上位错列模型
3.2.3 位错分解宽度的测量
3.2.4 模拟势函数的选择
3.3 理论计算模型
3.4 结果与讨论
3.4.1 单晶体中位错列的分解
3.4.2 位错密度与有效层错能
3.4.3 温度对层错能的影响
3.4.4 孪晶界上位错列的分解
3.5 本章小结
第4章 滑移切应力下单根螺位错的交滑移
4.1 引言
4.2 原子模型
4.3 结果与讨论
4.3.1 应力作用下长位错的交滑移机制
4.3.2 应力作用下两种FL机制的转换
4.3.3 温度对交滑移机制的影响
4.3.4 层错能对交滑移机制的影响
4.4 本章小结
第5章 非滑移切应力下单根螺位错的交滑移
5.1 引言
5.2 模拟模型
5.3 理论模型
5.4 结果与讨论
5.4.1 无应力状态下位错的静态平衡
5.4.2 静力学加载条件下位错的合并
5.4.3 动力学加载条件下位错的交滑移
5.5 本章小结
第6章 螺位错偶极子列的湮灭行为
6.1 引言
6.2 模拟模型
6.3 结果与讨论
6.3.1 位错偶极子列的自发湮灭
6.3.2 位错偶极子列的分解宽度
6.3.3 位错偶极子列的临界通过应力
6.3.4 滑移切应力下偶极子列的湮灭行为
6.3.5 非滑移切应力下偶极子列的湮灭行为
6.4 本章小结
第7章 全文总结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文
作者简介
本文编号：3844572
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