剪切应变下刃型位错的滑移机理的晶体相场模拟

针对刃型位错的滑移运动, 构建包含外力场与晶格原子密度耦合作用的体系自由能密度函数, 建立剪切应变作用体系的晶体相场模型. 模拟了双相双晶体系的位错攀移和滑移运动, 计算了位错滑移的Peierls势垒和滑移速度. 结果表明: 施加较大的剪切应变率作用, 体系能量变化为单调光滑曲线, 位错以恒定速度做连续运动, 具有刚性运动特征; 剪切应变率较小时, 体系能量变化出现周期波动特征, 位错运动是处于低速不连续运动状态, 运动出现周期“颠簸”式滑移运动, 具有黏滞运动特征; 位错启动运动, 存在临界的势垒. 位错启动攀移运动的Peierls势垒要比启动滑移Peierls势垒大几倍. 位错攀移和滑移运动特征与实验结果相符合.     

基于多尺度分析的FCC金属应变率敏感性研究

 采用位错理论和分子动力学模拟研究了金属原子性质对其宏观应变率敏感性的影响。依据位错运动的Orowan关系,认为金属中位错速度对应力的依赖关系是此研究的关键,并分析提出研究金属原子性质与应变率敏感性关系的分析方法。构建了一个中等规模的二维分子动力学模型,应用此模型对单个位错在FCC金属中的运动进行模拟。综合位错理论分析和分子动力学模拟结果得出结论：影响金属应变率敏感性的原子性质是其原子量而不是其原子势。依据此结论分析得到的FCC金属应变率敏感性排序与试验结果相符。     

钽、铁、钨三种体心立方金属裂纹的多尺度模拟及韧脆性分析

采用多尺度准连续介质法计算模拟了钽、铁、钨三种体心立方(body-centered-cubic,BCC)金属的I型裂纹断裂过程.观察了加载过程中裂纹尖端区域原子的位错、孪晶等塑性变形现象,以及裂纹的脆性开裂和扩展现象.模拟结果表明,不同BCC金属材料的裂纹在相同的加载下有不同韧脆性表现.在一定变形范围内,钽裂纹主要表现出的是裂纹尖端附近区域原子的位错和形变孪晶等塑性变形现象;铁裂纹在变形过程中先后表现出了塑性变形和脆性扩展现象,与实验结果吻合;钨裂纹在变形过程中则主要变现出脆性扩展现象.计算了三种金属材料的广义层错能曲线,得到其不稳定层错能;并分别用两种不同的韧脆性准则,对三种材料断裂模型的韧脆性行为进行分析,计算分析结果与模拟结果一致,从而验证了模拟结果的正确性.     

真实比热模型中铝粉尘两相爆轰波的数值研究

采用多流体模型对铝粉尘两相爆轰波进行数值模拟,研究颗粒能量计算方法对起爆和传播过程的影响.以前的固相颗粒能量的计算一般采用固定比热方法,本文采用随温度变化的真实比热.由于铝颗粒及其产物氧化铝的比热变化很大,模拟得到的爆轰波的速度、压力和波后参数变化和采用固定比热存在较大的差异.变比热计算得到的爆轰波压力、传播速度和实验结果更加接近,而固定比热的计算方法会对这些参数造成高估.对爆轰波的形成进行研究,发现起爆距离主要受起爆能量影响,但是相对于固定比热模型,采用变比热模型得到的起爆距离较短.     

有限温度下位错环的脱体现象

在FCC单晶铜中构造了滑移面为（111）,伯格矢量为b=［112］/6的圆形不完全位错环．采用分子动力学方法模拟了该位错环在0—350 K温度区间内的自收缩过程．模拟结果发现：零温度下,位错不能跨越Peierls-Nabarro势垒运动,迁移速度为0;50　K温度下,螺型和刃型位错具有基本相同的迁移速度;随温度增加,刃型位错具有较大迁移速度;温度较高时,位错核宽度进一步增加;小位错环周围的局部应力,引起4个脱体位错环;脱体位错环在原位错的应力作用下逐渐生长,原位错消失后,在自相 关键词： 单晶铜 位错环 分子动力学 位错源     

近壁面气泡运动特性的数值计算

采用体积加速度模型确定水下爆炸气泡运动的初始条件,基于MSC.DYTRAN有限元软件开发了定义流场初始条件和边界条件的子程序,对气泡在水平刚性壁面附近的运动特性进行了数值模拟,通过对比发现数值计算结果与实验结果具有较好的一致性,证明了初始条件定义、子程序开发和有限元模型建立的正确性和数值计算的准确性。以此为基础,研究了水深、泡心与刚性底面之间的距离对气泡动态特性和射流速度的影响,通过数值计算得到了一些有规律的曲线。计算模型、方法及结果对相关的工程研究和计算具有一定的参考价值。     

磁致塑性效应下的位错动力学机制

基于磁致塑性效应探讨了磁场作用下位错受力和运动机制, 对磁场下的位错动力学机制进行了定性和定量分析. 选择氧化铝纳米颗粒强化铝基复合材料为实验对象, 在不同磁感应强度下(0–3 T范围)对试样进行磁场处理. 结果表明, 随着磁感应强度增加, 位错密度提高, 表现出塑性变形特征. 分析认为, 磁场力不足以驱动位错运动, 位错增殖诱因在于磁致塑性效应, 即磁场改变了顺磁性位错芯与障碍间自由基对中的电子自旋状态, 促使自由基对从强键结合单线态向弱键结合三重态转化, 位错穿越障碍时所需能量减小, 退钉扎趋势明显; 位错运动中的限速环节是位错在障碍处的停留, 磁场诱发的电子激发和原子重排速度很快, 表现出磁场作用的高效性. 磁场起作用的临界磁感应强度约为3 T, 低于3 T时磁场作用随磁场强度增加而变得明显, 高于3 T 后磁场效果会减小. 计算得到3 T 时位错运动速度是10^-3 m/s, 位错线长度比未加磁场时增加两个数量级, 位移与磁感应强度平方和磁场作用时间成正比. 实验和理论研究表明磁场具有改善材料塑性变形能力的显著作用.     

激光与半导体材料相互作用的双电子共振吸收模型

通过提出双电子共振吸收模型,解释了激光与半导体材料相互作用时材料吸收光子的物理机制,分析了温度、掺杂数密度对吸收系数的影响;结合热峰模型,将激光的能量注入视为热源,计算出了激光入射时材料中电子温度的时空演化,通过费米狄拉克分布计算出自由电荷数密度分布,得到了电荷激发过程的计算模型,模拟了激光诱发单粒子翻转的过程。模拟结果表明,激光能量与激发电荷总量的关系是非线性的,这意味着激光能量与粒子的线性能量传输之间为非线性对应关系,与实验结果相符。     

Fe中<100>{010}刃位错芯结构的各向异性修正

在位错晶格理论基础上,采用改进的Peierls-Nabarro方程研究了Fe中<100>{010}刃位错在各向异性近似下的芯结构和Peierls应力. 各向异性近似下的晶格离散效应、切变模量和能量因子的表达式都已确切给出. 在这三个各向异性因素中,晶格离散效应和能量因子可以使位错宽度变窄,切变模量可以使位错宽度变宽. 相比于各向同性近似,各向异性近似下的位错宽度变窄了近20%,并且各向异性近似下的位错宽度与数值计算的结果相一致. 更为重要的是,各向异性使位错的Peierls应力数值几乎加倍,数量级也由 变成了 ,而这些都会显著影响位错的运动机制. 因此,各向异性对于位错来说非常重要,在研究位错芯结构以及运动机制时需要考虑各向异性的影响.     

一种绳约束两质点的运动研究

研究一种绳约束下两质点运动的动力学模型和运动规律,分别采用泰勒级数展开的方法和四阶龙格-库塔数值方法,得到了质点运动微分方程的近似解和数值解.通过对系统的动力学方程计算,给出了位置矢量随时间的演化曲线、运动相图和运动轨迹.研究发现系统的运动与初始位置和速度有关,在初速度较大和较小时,系统作非线性周期性运动.存在临界初始速度,使得系统处于平衡态,在微小扰动下系统在初始位置附近作近似简谐振动.以上研究结果对微小振动力学问题的教学和科研具有一定的参考价值.