【摘要】：作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)中的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)材料,鎳基高溫合金在制造、運(yùn)輸以及裝配過程中不可避免的出現(xiàn)一些微孔洞、微裂紋等微觀缺陷,從而引起變形擴(kuò)展甚至斷裂失效。因此,從原子尺度研究裂尖位錯(cuò)萌生、運(yùn)動(dòng)以及三維應(yīng)力狀態(tài)分析具有重要的意義。本文利用分子動(dòng)力學(xué)方法,基于嵌入原子勢函數(shù)模擬了不同約束下含穿透直裂紋的納米Ni晶體在受單軸拉伸載荷時(shí)的力學(xué)性能,主要包括以下內(nèi)容:(1)厚度約束對含穿透直裂紋納米Ni單晶斷裂行為的影響利用分子動(dòng)力學(xué)方法,模擬了不同厚度含穿透直裂紋納米Ni單晶在I型拉伸載荷下的力學(xué)行為。發(fā)現(xiàn)構(gòu)件的彈性極限隨著厚度的增大先增大后減小并逐漸趨于穩(wěn)定,厚度為4 nm時(shí)試樣表現(xiàn)出最大的彈性極限。小于4 nm厚度的試樣中大部分區(qū)域存在著離面約束作用從而彈性極限較小;大于4 nm厚度的試樣由于擁有充足的空間使得位錯(cuò)堆積從而產(chǎn)生較強(qiáng)的應(yīng)力集中,彈性極限也逐漸下降。厚度越大,表現(xiàn)出更好的塑性。此外,隨著厚度由有限增加到無限厚度,可以觀察到試樣由柔性轉(zhuǎn)化為脆性。(2)位移約束對含穿透直裂紋納米Ni單晶斷裂行為的影響利用分子動(dòng)力學(xué)方法,模擬了4 nm厚位移約束的含穿透直裂紋納米Ni單晶在I型拉伸載荷下的力學(xué)行為。發(fā)現(xiàn)與厚度方向自由試樣不同,位移約束試樣厚度方向最外側(cè)原子受到穩(wěn)定的離面約束,在拉伸過程中不會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)滑移現(xiàn)象。試樣內(nèi)部的離面約束也維持在穩(wěn)定的水平,裂尖應(yīng)力沿厚度方向均勻分布。隨著應(yīng)變的增加裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展直至試樣斷裂,整體表現(xiàn)為脆性。(3)晶界約束對含穿透直裂紋納米Ni晶體力學(xué)性質(zhì)的影響利用分子動(dòng)力學(xué)方法,模擬了含穿透直裂紋立方體納米Ni多晶在I型拉伸載荷下的力學(xué)行為。發(fā)現(xiàn)與同尺寸單晶試樣不同,由于晶界約束的存在,多晶試樣的彈性階段不是完全的線彈性,在達(dá)到彈性極限后,進(jìn)入類似低碳鋼單軸拉伸實(shí)驗(yàn)中的屈服階段及強(qiáng)化階段。在整個(gè)拉伸過程中,試樣中的裂紋均未發(fā)生明顯的擴(kuò)展。且在塑性階段出現(xiàn)大量緩慢滑移的位錯(cuò),因此擁有相當(dāng)長的塑性變形。多晶Ni試樣整體表現(xiàn)出“裂紋不敏感”的性質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O733;TB383.1
【圖文】：

化學(xué)、生物等領(lǐng)域已經(jīng)相繼出現(xiàn)了許多革命性的進(jìn)展尺度如分子、原子等納米尺度下操縱物質(zhì)的構(gòu)想，納化學(xué)、生物、材料等多種學(xué)科交叉的科學(xué)。就正式宣布啟動(dòng)國家納米技術(shù)計(jì)劃（National Nanotec將納米材料定義為尺寸在 1 至 100 納米之間的物體，在此之后，歐盟、日本、韓國等經(jīng)濟(jì)體也紛紛制定各也發(fā)布了自己的《國家納米科技發(fā)展綱要》。納米科就已存在許多納米現(xiàn)象，如荷葉表面的納米結(jié)構(gòu)能夠吸附在玻璃這樣的光滑表面上等。分，納米材料通�？煞譃槿鐖D 1.1 所示的四類：零維米材料如納米線、納米管等；二維納米材料如納米條瓷、納米高分子等。當(dāng)材料的某方向上的尺寸小到納、表面效應(yīng)以及小尺寸效應(yīng)等，會(huì)出現(xiàn)一系列宏觀下不連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的理論也不再適用。本文正是基于此背開展了系統(tǒng)的理論研究。

不同約束對含穿透直裂紋鎳納米晶體斷裂行為影響研究理論作了理論分析及實(shí)驗(yàn)研究，在考慮面內(nèi)約束的同時(shí)考慮了離面約束的影因子 TZ并提出了能夠精確描述線彈性和彈塑性三維裂紋裂端應(yīng)力應(yīng)變場的TZ、 和三參數(shù) K-T-TZ、 J-Q-TZ等理論模型，準(zhǔn)確描述了三維裂端前沿從平面力的三維應(yīng)力狀態(tài)，彌補(bǔ)了二維平面斷裂理論的不足�；谠摾碚�，Guo 成紋閉合的實(shí)際構(gòu)件的疲勞壽命，避免了開展大量斷裂試驗(yàn)造成的時(shí)間及經(jīng)費(fèi)有限元模擬方法，應(yīng)用該三維疲勞斷裂理論能夠高效、準(zhǔn)確地預(yù)測大部分實(shí)強(qiáng)度及疲勞擴(kuò)展壽命。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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本文編號(hào)：2723162