金屬在制造和使用過程中難免會發(fā)生疲勞變形,而且隨著疲勞時間的增長,材料會發(fā)生破壞失效。因此研究金屬在疲勞變形過程中微結(jié)構(gòu)的演化過程對于理解材料的變形和失效有重要的意義。在研究材料微觀層面上的細(xì)節(jié)上,分子動力學(xué)模擬是計算機模擬中的一種重要手段。根據(jù)這種方法,本文分別對不含裂紋和含裂紋的多晶鈦模型的疲勞過程進行了模擬研究。論文首先簡要描述了分子動力學(xué)模擬方法在材料科學(xué)中的研究現(xiàn)狀。介紹了分子動力學(xué)模擬的方法和原理,并對各個過程的關(guān)鍵因素和方法進行了詳細(xì)討論。對無裂紋和含裂紋的模型都采用拉伸應(yīng)變率加載的方式研究其疲勞變形過程。對無裂紋模型,先研究其拉伸行為,以獲得鈦多晶體基本的力學(xué)性能。然后在疲勞載荷下,通過繪制材料的應(yīng)力-應(yīng)變圖和特殊時刻的原子構(gòu)型圖來觀察和分析其疲勞變形行為。根據(jù)能量變化圖描述了整個疲勞變形過程。研究了晶粒大小對疲勞變形過程的影響。結(jié)果表明:晶粒內(nèi)部位錯的產(chǎn)生導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性變形,位錯主要在晶界處形核,然后運動到晶粒對面的晶界處并逐漸消失;晶界是位錯產(chǎn)生、運動和湮滅的源頭,晶粒發(fā)生粗化;晶粒尺寸為5納米與8納米時,疲勞變形以位錯的形核、運動和湮滅為主;晶粒尺寸為10納米時...

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 分子動力學(xué)的發(fā)展概況
    1.3 材料力學(xué)行為的多尺度模擬
    1.4 分子動力學(xué)模擬在材料計算中的應(yīng)用
    1.5 裂紋擴展的分子動力學(xué)模擬研究現(xiàn)狀
    1.6 本文研究的主要內(nèi)容
第2章 分子動力學(xué)模擬的原理與方法
    2.1 引言
    2.2 分子動力學(xué)基本原理
    2.3 運動方程求解方法
        2.3.1 Verlet算法
        2.3.2 Leap-Frog算法
    2.4 原子間相互作用勢
        2.4.1 對勢
        2.4.2 多體勢
    2.5 初始條件的確立
        2.5.1 邊界條件
        2.5.2 初始位置和速度
        2.5.3 時間步長
        2.5.4 系綜
    2.6 控制與分析方法
        2.6.1 溫度的控制
        2.6.2 壓力的控制
        2.6.3 結(jié)構(gòu)分析方法
    2.7 模擬軟件與可視化
第3章 無裂紋多晶鈦疲勞載荷下的分子動力學(xué)模擬
    3.1 鈦的EAM勢
    3.2 無裂紋多晶模型的建立
    3.3 馳豫
    3.4 拉伸變形過程
    3.5 疲勞變形過程
        3.5.1 小晶粒模型的疲勞變形
        3.5.2 中等晶粒模型的疲勞變形
        3.5.3 大晶粒模型的疲勞變形
    3.6 本章小結(jié)
第4章 含裂紋多晶鈦疲勞載荷下的分子動力學(xué)模擬
    4.1 含裂紋多晶模型的建立
    4.2 不同裂紋長度的多晶模型疲勞變形過程
        4.2.1 裂紋長度為3納米的多晶模型疲勞變形
        4.2.2 裂紋長度為5納米的多晶模型疲勞變形
        4.2.3 裂紋長度為7納米的多晶模型疲勞變形
    4.3 溫度對含裂紋多晶鈦疲勞變形的影響
    4.4 應(yīng)變率對含裂紋多晶鈦疲勞變形的影響
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
致謝



本文編號：3873904