【摘要】：金屬材料變形失效主要是內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生和擴展引起的。微觀下,缺陷的產(chǎn)生和擴展在納米尺度范圍內(nèi)進(jìn)行,通過宏觀實驗和有限元相結(jié)合的方法不能分析其變形失效微觀機理,采用分子動力學(xué)研究金屬材料變形與失效是目前的主流方法。本文基于分子動力學(xué)方法利用分子動力學(xué)軟件LAMMPS研究含缺陷單晶鎳、單晶α-Ti、單晶鎳鈦合金在拉伸載荷作用下材料的變形和失效過程。首先,研究了含孔洞單晶鎳變形失效過程及多種因素對其力學(xué)性能的影響。在整個單軸拉伸過程中,可以分為彈性變形、塑性變形兩個階段,與宏觀拉伸類似,彈性階段的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合胡克定律。單晶鎳在[100]方向單軸拉伸下,失效的主要原因是:位錯原子在孔洞表面形核,隨之在滑移面{111}沿著滑移方向110形成位錯剪切環(huán),并不斷相互交錯生長,滑移面上的原子出現(xiàn)fcc結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閔cp結(jié)構(gòu)。溫度、應(yīng)變率、孔洞半徑對單晶鎳的屈服強度和彈性模量都有影響:溫度升高,屈服強度和彈性模量均降低。拉伸應(yīng)變率增大,屈服強度增大,彈性模量不受影響�？锥窗霃降脑龃髮�(dǎo)致屈服強度、彈性模量都減小。其次,對含裂紋單晶α-Ti沿[0001]方向單軸拉伸過程進(jìn)行了研究,分別討論了溫度、應(yīng)變率對裂紋擴展的影響。在整個單軸拉伸過程中,可以分為彈性變形、塑性變形兩個階段,與宏觀拉伸類似,彈性階段的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合胡克定律。破壞機制如下:裂紋首先產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象,然后尖端位錯形核-位錯發(fā)射-原子滑移-孿生現(xiàn)象-少量相變,最終材料斷裂,在此過程中,位錯發(fā)射,孿生現(xiàn)象扮演了主要角色;溫度和應(yīng)變率的升高都會導(dǎo)致屈服強度降低。最后,在循環(huán)應(yīng)力加載條件下,研究了單晶鎳鈦形狀記憶合金的超彈性行為,并且針對不同鎳鈦原子比例對超彈性行為的影響進(jìn)行了分析。單晶鎳鈦合金具有超彈性行為,是由于在加載過程中發(fā)生奧氏體B2→馬氏體B19’相變,出現(xiàn)了奧氏體彈性變形、馬氏體相變、馬氏體彈性變形三個階段;卸載過程出現(xiàn)了馬氏體彈性變形、馬氏體逆相變、奧氏體彈性變形三個階段。在一定范圍內(nèi),不同鎳鈦原子比例,單晶鎳鈦合金都具有超彈性,隨著鈦原子的增加,發(fā)生相變的臨界應(yīng)力增加,發(fā)生逆相變的臨界應(yīng)力減小。
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG115

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2614041