梯度納米結(jié)構(gòu)材料近幾年開始獲得廣泛關(guān)注,這是對(duì)金屬表面納米化處理后引申得到的概念,即晶粒尺寸在空間上由小到大逐漸增加,這種納米結(jié)構(gòu)能有效增強(qiáng)材料性能。本文利用分子動(dòng)力學(xué)仿真方法研究了梯度納米結(jié)構(gòu)多晶銅的變形機(jī)理,仿真內(nèi)容包括單軸拉伸和疲勞拉伸模擬。單軸拉伸的仿真發(fā)現(xiàn)梯度納米結(jié)構(gòu)多晶銅在拉伸時(shí)具有獨(dú)特的應(yīng)力分布,高應(yīng)力區(qū)域?yàn)轭愃迫切蔚摹敖鹱炙毙螤?這種受力形態(tài)能夠協(xié)調(diào)大晶粒和小晶粒,避免應(yīng)力局部化并抑制裂紋的產(chǎn)生;通過(guò)對(duì)比不同晶粒尺寸分布的梯度模型,發(fā)現(xiàn)當(dāng)晶粒尺寸呈線性變化時(shí)材料的強(qiáng)度極限較高;通過(guò)改變最大晶粒尺寸,發(fā)現(xiàn)最大晶粒尺寸（20nm）是最小晶粒尺寸（5nm）的4倍時(shí)模型有較高的強(qiáng)度極限和伸長(zhǎng)率,當(dāng)最大晶粒尺寸（16nm）減小到最小晶粒的3.2倍時(shí),梯度結(jié)構(gòu)抵抗拉伸變形的能力急劇下降;在疲勞拉伸循環(huán)的仿真中,梯度納米結(jié)構(gòu)多晶銅模型能有效緩解應(yīng)力集中,抑制裂紋萌生,延長(zhǎng)材料疲勞壽命,普通結(jié)構(gòu)多晶銅疲勞壽命相對(duì)較短,失效時(shí)裂紋擴(kuò)展迅速同時(shí)伴有位錯(cuò)出現(xiàn)。總之,本次仿真證明梯度納米結(jié)構(gòu)多晶銅在強(qiáng)度極限、伸長(zhǎng)率和疲勞壽命方面都明顯優(yōu)于普通結(jié)構(gòu)多晶銅,通過(guò)觀察和分析變形機(jī)理,發(fā)現(xiàn)影響因素... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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梯度納米材料的強(qiáng)度-塑性匹配與納米晶-粗晶混合材料的比較

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2 傳統(tǒng)粗晶粒材料a)和納米晶材料b)的不同強(qiáng)化機(jī)制示意圖[12]更容易通過(guò)，此時(shí)便出現(xiàn)了材料軟化現(xiàn)象，值得一提的是，這種現(xiàn)象常見(jiàn)于晶粒尺寸足夠小的材料，但相應(yīng)的晶粒尺寸還要比Hall-Petch臨界晶粒尺寸稍大。對(duì)有些材料來(lái)說(shuō)，晶粒的大小還沒(méi)減小到Hall-Petch臨界晶粒尺寸時(shí)，材料就出現(xiàn)強(qiáng)度下降，原因就是晶界對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用不強(qiáng)。以上就是Hall-Petch關(guān)系的簡(jiǎn)單討論。早在世紀(jì)之交，盧柯開始了納米材料的相關(guān)研究，在納米材料的強(qiáng)度、塑性、彈性模量、應(yīng)變強(qiáng)化、超塑性、蠕變及變形機(jī)理等相關(guān)問(wèn)題上[14]，強(qiáng)調(diào)由于納米材料的晶粒尺寸較小

度至少10 mm，其中最小的晶粒尺寸達(dá)到了10 nm[16]。工藝原理如圖1-3所示，直徑為3 mm的不銹鋼丸置于超聲波震動(dòng)發(fā)射室中，系統(tǒng)的高頻率震動(dòng)對(duì)試樣表面進(jìn)行充分噴丸處理。圖1-3 表面機(jī)械研磨原理示意圖[16]結(jié)合大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，盧柯系統(tǒng)地解釋了材料如何通過(guò)塑性變形實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化[17]，如圖1-4所示為兩種細(xì)化晶粒方法，一種是變形過(guò)程中出現(xiàn)了致密的位錯(cuò)壁，位錯(cuò)壁不斷產(chǎn)生并以亞晶界的狀態(tài)割裂晶粒，后期在熱力學(xué)處理后成為晶界，晶粒細(xì)化完成。另一種是在晶界產(chǎn)生位錯(cuò)纏繞，這些位錯(cuò)向各個(gè)方向擴(kuò)展

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]梯度微納有序結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及應(yīng)用研究[D]. 薛培宏.吉林大學(xué) 2017

碩士論文
[1]基于分子動(dòng)力學(xué)的銅鉛合金拉伸變形特性的研究[D]. 韓瀏淼.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018



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