Ni-Co合金由于自身優(yōu)異的性能,在微機(jī)電系統(tǒng)以及航空航天等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。對(duì)于Ni-Co合金宏觀體系已經(jīng)有了大量的研究積累,其本質(zhì)上是由大量微觀結(jié)構(gòu)所組成,當(dāng)顆粒尺寸降低到微納級(jí)別后,會(huì)產(chǎn)生體相所不具備的優(yōu)異性能,然而,實(shí)驗(yàn)室上很難對(duì)其完美晶體進(jìn)行表征,為此,本文使用分子動(dòng)力學(xué)方法研究Ni-Co合金在納米尺度下微觀力學(xué)行為與變形機(jī)制,為合金納米結(jié)構(gòu)在實(shí)際中的應(yīng)用提供理論依據(jù)與指導(dǎo)。（1）Ni-Co單晶合金納米柱的拉伸加載過(guò)程中,當(dāng)合金中的Co含量從0增加到20%,納米柱的屈服強(qiáng)度和楊氏模量都表現(xiàn)出線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。Co含量為10%的合金納米柱變形過(guò)程中位錯(cuò)形成的壓桿位錯(cuò)數(shù)量增多,并且形成了由5個(gè)堆垛層錯(cuò)四面體組成的集合,這種結(jié)構(gòu)對(duì)位錯(cuò)有吸收固定作用,有效提高了塑性變形階段的應(yīng)力,即應(yīng)變硬化現(xiàn)象,從而對(duì)納米柱起到強(qiáng)化效果;[100]、[110]、[111]晶向上具有可開動(dòng)的滑移系數(shù)量不同而導(dǎo)致不同的變形模式,其中[110]晶向上的生成的位錯(cuò)單一并且形成的孿晶對(duì)納米柱強(qiáng)度并沒(méi)有增強(qiáng)作用;在50K溫度變形時(shí),位錯(cuò)間的相互反應(yīng)促使了棱柱狀位錯(cuò)環(huán)的生成,由于該結(jié)構(gòu)對(duì)位錯(cuò)的固定作用導(dǎo)致納米柱強(qiáng)... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

材料科學(xué)研究方法間的關(guān)系

Ni-Co合金拉伸力學(xué)性能和變形機(jī)制的模擬研究82.2.1基本原理圖2.3分子動(dòng)力學(xué)模擬方法如圖2.3所示，分子動(dòng)力學(xué)方法主要依據(jù)牛頓力學(xué)方程來(lái)模擬分子體系的運(yùn)動(dòng)，獲得分子運(yùn)動(dòng)軌跡的相關(guān)信息，即體系在相空間的時(shí)間演化軌跡。從演化軌跡中抽取樣本，計(jì)算體系的構(gòu)型積分，進(jìn)而可以計(jì)算體系的宏觀熱力學(xué)性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)[69]。F(t)代表粒子受到的力；m為粒子質(zhì)量；α(t)表示原子的加速度。F(t)又等于勢(shì)能對(duì)位置坐標(biāo)的一階導(dǎo)數(shù)：其中U表示勢(shì)能函數(shù)，從而得到對(duì)N個(gè)粒子體系的每個(gè)粒子有：式中v為速度矢量，通過(guò)對(duì)以上方程的推導(dǎo)求解，可以得到系統(tǒng)中原子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2.2.2積分算法（1）Verlet算法[70]分子動(dòng)力學(xué)模擬中最常用的運(yùn)動(dòng)方程積分算法是Verlet算法，主要是依據(jù)系統(tǒng)中的粒子在t時(shí)刻和t-δt時(shí)刻的位置，推導(dǎo)計(jì)算出t+δt時(shí)刻位置。算法的推導(dǎo)通過(guò)Taylor級(jí)數(shù)展開：

Ni-Co合金拉伸力學(xué)性能和變形機(jī)制的模擬研究10該算法需要計(jì)算坐標(biāo)更新之后和速度更新前的力，并且需要將每個(gè)時(shí)間步的力、坐標(biāo)和速度進(jìn)行存儲(chǔ)。2.2.3邊界條件雖然計(jì)算機(jī)水平有了高速發(fā)展，但限制于計(jì)算機(jī)運(yùn)行模擬能力和計(jì)算量的大小，導(dǎo)致模擬的體系不能過(guò)大，只能局限于有限空間的分子或原子，因此就產(chǎn)生邊界條件的限制。在分子動(dòng)力學(xué)模擬中，不同邊界條件適用于不同的模擬對(duì)象，因此在模擬之前都要給模型設(shè)定適宜的邊界條件。在分子動(dòng)力學(xué)中，主要有四類邊界條件：周期性邊界條件、自由邊界條件、固定邊界條件和柔性邊界條件等。自由邊界條件意味著不存在任何關(guān)于原子的運(yùn)動(dòng)的約束條件。在這種情況下，原子通常會(huì)形成一個(gè)緊湊的團(tuán)簇，其中一些原子暴露于外界。這樣的邊界條件并不能很好地描述實(shí)際材料，因?yàn)樗耆雎粤送獠吭拥挠绊�，并且在模擬體積中引入了不必要的表面。減少不必要表面的一種方法是固定平衡模擬體系表面的原子，讓它們處于剛性不動(dòng)的的位置。這種固定邊界條件是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的處理方法，但是在真實(shí)材料的動(dòng)態(tài)模擬中，所有原子都應(yīng)該是能夠移動(dòng)，所以這種邊界條件的適用范圍并不大。作為一種改進(jìn)，柔性邊界條件允許邊界層中的原子根據(jù)內(nèi)部原子的運(yùn)動(dòng)調(diào)整它們的位置。人們一直致力于尋找更好的邊界條件，目標(biāo)是盡可能減少表面積的同時(shí)不包含太多的原子，從而來(lái)最大化數(shù)值模擬的效率。目前，周期邊界條件是所有邊界條件類型中最符合實(shí)際的。周期邊界條件的特殊優(yōu)勢(shì)在于它完全消除了表面效應(yīng)并保持了模擬體積的平移不變性，這在模擬晶體時(shí)尤其重要。在模擬體系中，周期邊界條件可以應(yīng)用于其中的一個(gè)或兩個(gè)方向，也可以在三個(gè)方向上都采用周期邊界條件。圖2.4周期性邊界條件

【參考文獻(xiàn)】：
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