本文關(guān)鍵詞：基于分子動力學(xué)的鋁材料力學(xué)性能及循環(huán)外載對其影響的研究

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【摘要】：金屬構(gòu)件在焊接、沖壓、鑄造和其它許多加工中,均有可能形成殘余應(yīng)力。在許多情況下,殘余應(yīng)力的存在會對構(gòu)件的機(jī)械性能產(chǎn)生極為不利的影響,振動時效工藝是近四五十年來國內(nèi)外興起的一種高效環(huán)保的消除殘余應(yīng)力的新技術(shù)。然而,到目前為止,此項(xiàng)技術(shù)并沒有得廣泛應(yīng)用。究其原因是振動時效消除殘余應(yīng)力時金屬內(nèi)部(晶體)的微觀力學(xué)特性和行為不是很清楚,要了解其規(guī)律僅依靠宏觀的金屬連續(xù)體模型是無法實(shí)現(xiàn)的。因此,只有建立起反映真實(shí)微觀結(jié)構(gòu)的晶體力學(xué)模型,反映金屬晶體內(nèi)部微觀力學(xué)特性,才能從根本上來研究殘余應(yīng)力的消除問題。本文將以鋁材料作為研究對象,根據(jù)鋁晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)建立了由多個晶胞構(gòu)成的單晶力學(xué)模型,采用了分子動力學(xué)方法模擬了鋁材料在拉伸、壓縮與循環(huán)振動下的力學(xué)行為,為微觀上研究振動時效消除機(jī)理提供一種思路。主要研究內(nèi)容和主要結(jié)論如下:(1)根據(jù)晶體學(xué)理論和鋁晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),建立了無缺陷和含有空洞點(diǎn)缺陷的晶體力學(xué)模型,利用分子動力學(xué)方法研究微觀晶體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì),架起了宏觀和微觀研究之間的橋梁,為研究振動時效的微觀機(jī)理打下基礎(chǔ)。(2)根據(jù)分子動力學(xué)和金屬物理理論,利用無缺陷晶體力學(xué)模型和分子動力學(xué)軟件LAMMPS,研究了鋁材料在拉伸和壓縮下的力學(xué)性能,研究表明鋁材料位錯滑移是發(fā)生變形的主要原因,變形分為彈性變形階段和塑性變形兩個階段,在拉伸和壓縮負(fù)載下,單晶鋁材料表現(xiàn)出屈服強(qiáng)度的非對稱性,拉伸負(fù)載下的屈服強(qiáng)度明顯大于相應(yīng)壓縮負(fù)載的值。(3)運(yùn)用分子動力學(xué)軟件LAMMPS,研究了應(yīng)變率和溫度對鋁材料拉伸與壓縮力學(xué)性能的影響。研究表明,應(yīng)變率增大,鋁材料的拉伸屈服強(qiáng)度隨著增大。溫度升高,拉伸壓縮下屈服強(qiáng)度和彈性模量隨之降低。(4)根據(jù)分子動力學(xué)和材料力學(xué)理論,利用無缺陷晶體力學(xué)模型和分子動力學(xué)軟件LAMMPS,研究了動應(yīng)力對鋁材料的應(yīng)力影響。結(jié)果表明,晶體會產(chǎn)生棘輪效應(yīng),激振力和激振頻率越大,鋁材料棘輪效應(yīng)越明顯,且屈服強(qiáng)度逐漸降低,鋁材料內(nèi)的塑性變形更易產(chǎn)生。(5)利用含有空洞點(diǎn)缺陷的晶體力學(xué)模型和分子動力學(xué)軟件LAMMPS,分析了空洞的半徑大小、間距和數(shù)量對鋁材料拉伸與壓縮的屈服強(qiáng)度和彈性模量的影響。結(jié)果表明,彈性模量、屈服強(qiáng)度隨著空洞的半徑的增大而減小,隨著空洞間距的增到而增大,在空洞總體積不變的情況下,隨空洞數(shù)量的增多而減小。(6)利用含有空洞點(diǎn)缺陷的晶體力學(xué)模型和分子動力學(xué)軟件LAMMPS進(jìn)行拉伸模擬分析可知,鋁材料在空洞處易產(chǎn)生應(yīng)力集中,而在動應(yīng)力加載過程中,空洞處應(yīng)力逐漸減小,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明了分子動力學(xué)軟件LAMMPS建立的模擬模型是正確的。
【關(guān)鍵詞】：鋁材料 分子動力學(xué) 力學(xué)性能 晶體缺陷
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 課題的背景和意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 分子動力學(xué)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 振動時效及其機(jī)理的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 本文研究內(nèi)容17-19
• 第二章 分子動力學(xué)的基本原理及方法19-33
• 2.1 分子動力學(xué)的基本原理19-22
• 2.1.1 拉格朗日（Lagrange）方程19-20
• 2.1.2 哈密頓（Hamilton）方程20-22
• 2.2 原子間勢函數(shù)的種類22-24
• 2.2.1 對勢模型22-23
• 2.2.2 多體相互作用勢23-24
• 2.3 分子動力學(xué)的基本方法24-26
• 2.3.1 初始條件24
• 2.3.2 邊界條件24-25
• 2.3.3 積分算法25-26
• 2.4 分子動力學(xué)模擬的系綜26-28
• 2.5 系統(tǒng)控制方法28-31
• 2.5.1 調(diào)溫技術(shù)28-29
• 2.5.2 調(diào)壓技術(shù)29-31
• 2.6 本章小結(jié)31-33
• 第三章 基于分子動力學(xué)的鋁材料力學(xué)性能研究33-49
• 3.1 鋁材料的拉伸力學(xué)性能研究33-39
• 3.1.1 應(yīng)變率對拉伸性能的影響36-38
• 3.1.2 溫度對拉伸性能的影響38-39
• 3.2 鋁材料的壓縮力學(xué)性能研究39-43
• 3.2.1 應(yīng)變率對壓縮力學(xué)性能的影響41-42
• 3.2.2 溫度對壓縮力學(xué)性能的影響42-43
• 3.3 拉伸性能與壓縮性能的對比43-44
• 3.4 動應(yīng)力對材料應(yīng)力的影響44-48
• 3.4.1 激振力對材料應(yīng)力的影響44-46
• 3.4.2 激振頻率對材料應(yīng)力的影響46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 點(diǎn)缺陷對鋁材料拉伸壓縮力學(xué)性能影響的研究49-67
• 4.1 點(diǎn)缺陷鋁材料模型的建立49-50
• 4.2 空洞對鋁材料拉伸性能影響50-57
• 4.2.1 空洞大小對鋁材料拉伸性能的影響51-53
• 4.2.2 空洞間距對鋁材料拉伸力學(xué)性能影響53-55
• 4.2.3 空洞數(shù)量對鋁材料拉伸力學(xué)性能影響55-57
• 4.2.4 動應(yīng)力對空洞缺陷材料的應(yīng)力影響57
• 4.3 空洞對鋁材料壓縮性能影響57-62
• 4.3.1 空洞半徑對鋁材料壓縮性能的影響59-61
• 4.3.2 空洞間距對鋁材料壓縮力學(xué)性能影響61-62
• 4.3.3 空洞數(shù)量對鋁材料壓縮力學(xué)性能影響62
• 4.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證62-64
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)材料63
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)裝置及方法63-64
• 4.4.3 試驗(yàn)結(jié)果64
• 4.5 本章小結(jié)64-67
• 第五章 總結(jié)與展望67-69
• 5.1 全文總結(jié)67-68
• 5.2 工作展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-75
• 附錄：攻讀學(xué)位期間參研項(xiàng)目和發(fā)表論文目錄75

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 徐洲,梁海弋,王秀喜;納米絲應(yīng)變率效應(yīng)的分子動力學(xué)模擬[J];固體力學(xué)學(xué)報;2003年02期

2 劉海;李啟楷;何遠(yuǎn)航;;高速沖擊壓縮梯恩梯的分子動力學(xué)模擬[J];力學(xué)學(xué)報;2015年01期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李游;雙晶Cu塑性變形行為的分子動力學(xué)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

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本文編號：1087649