Fe-C合金动态拉伸力学性能温度和应变率效应分子动力学

爆炸冲击荷载作用下温度和应变率对钢材动态力学性能的影响一直备受关注。Fe-C合金体系是钢材的基本组成部分,本文以Fe-C合金为基本研究对象,采用分子动力学方法模拟九种温度和四种应变率条件下Fe-C合金的单轴动态拉伸过程。结果表明：在所研究的温度和应变率范围内,Fe-C合金弹性模量对于应变率变化不敏感,对于温度变化非常敏感,随着温度的升高,弹性模量明显减小;相同温度条件下,屈服强度和峰值应变随应变率的增大而增大;相同应变率条件下,屈服强度和峰值应变随温度的升高而减小;温度和应变率对屈服强度的影响不具有相关性。基于分子动力学模拟,建立的纳米尺度下Fe-C合金动态拉伸力学性能计算公式能反映温度和应变率效应的共同影响,为钢材在爆炸冲击作用下动态拉伸力学性能描述提供依据。     

纳米丝应变率和尺寸效应的数值模拟

在绝对零度下,利用基于分析型嵌入原子势的分子动力学模拟了体心立方(BCC)结构的纳米丝在不同应变率、和不同截面尺寸下的的拉伸变形过程,结果表明:在拉伸过程中,纳米丝表面出现了滑移带,并沿010方向发生脆性断裂;不同应变率只影响试样的断裂强度,应变率越大,断裂强度越高;而截面尺寸越大,屈服强度降低,断裂强度和弹性模量增大.     

钛纳米线力学、热学和电子性质的结构与尺寸依赖性

为了研究金属纳米物理性质与结构和尺寸之间的关系,我们选择不同结构和生长序列的几个典型的超细Ti纳米线,即四边形、五边形和六边形序列,以及六边形序列的两个较大体系,以分别考察结构和尺寸效应.我们计算了Ti纳米线的角关联函数和振动谱,电子态密度用平面波赝势的密度泛函电子结构自洽场计算.采用分子动力学方法研究Ti纳米线的热力学融化行为.结果表明,Ti纳米线的振动性质和电子性质表现出渐进的尺寸演化和明显的结构关联;较小的纳米线的电子态密度是类似分子的离散谱,而当线的直径大于1*!nm时便表现为类似体材料的电子结构.Ti纳米线的融化行为既不同于团簇也不同样块体材料,表现出明显的结构和尺寸依赖性.对较大尺寸的纳米线,我们观察到从螺旋多壳的圆柱体到类似块体的结构相变.     

纳米铜团簇在并合过程中尺寸和温度效应的分子动力学模拟

在嵌入原子势的框架下,采用分子动力学模拟研究了不同初始温度、不同尺寸纳米铜团簇的并合过程·记录了体系在并合过程中演变的快照,计算了并合过程中与体系构形相关的几何参量,揭示并合体系的温度随时间的变化·结果表明:相同初始温度条件下,随着团簇尺寸的变小,并合程度升高,并合过程中温度上升幅度变大;对同尺寸团簇,随着初始温度的升高,并合程度提高,处于液态的团簇并合程度明显高于处于固态的团簇的并合程度·     

MD模拟温度对TATB和TATB/F2311 PBX力学性能的影响

为探讨高聚物粘结炸药(polymer-bonded explosive,PBX)的力学性能和结合能随温度变化的规律,该文用分子动力学(MD)方法和compass力场,在NPT系综下对钝感炸药TATB(1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯)及其与氟橡胶F2311所构成的阳X,进行不同温度下的周期性模拟.结果表明:与TATB单体炸药相比,PBX的力学性能显著改善,拉伸模量、体积模量和剪切模量均有所下降;随温度升高,PBX的刚性减小,弹性增强;结合能随温度升高呈先降后升再降的复杂变化趋势.     

基于分子动力学模拟的含缺陷石墨烯力学性能的研究

基于分子动力学模拟的方法,研究了空位缺陷的位置、形状以及原子缺失率对石墨烯杨氏模量的影响。研究结果表明,单空位缺陷的位置对石墨烯杨氏模量有一定的影响,当施加应力方向与边缘缺陷的截面方向相同时,边缘缺陷比中间缺陷使得石墨烯的杨氏模量下降更少。研究结果还发现,映射横向长条状缺陷、映射纵向长条状缺陷、映射圆孔状缺陷和随机缺陷都使得石墨烯杨氏模量随着原子缺失率的增大而减小。对于映射圆孔状缺陷和随机缺陷,锯齿型石墨烯杨氏模量减小的幅度与扶手型的减小幅度相差不大。对于映射横向长条状缺陷和映射纵向长条状缺陷,锯齿型和扶手型石墨烯杨氏模量的减小幅度相差较大,这与石墨烯的手性矢量方向和条状缺陷方向是否一致有关。     

低温石墨化退火对低钼、低镍球墨铸铁组织和力学性能的影响

对含钼0.25%,含镍0.2%~0.8%的球墨铸铁进行低温石墨化退火,测试了其力学性能,并对显微组织和冲击断口进行观察和分析.结果表明:添加少量钼和镍后铸态球墨铸铁中铁素体含量增加,冲击韧度提高50%以上,强度和硬度下降;进行低温石墨化退火后球墨铸铁中珠光体逐渐转变成铁素体,与铸态相比冲击韧度有大幅度提高,冲击吸收功最多增加500%,冲击断口存在较多的撕裂岭和少量韧窝;此外,添加钼和镍后,不同的退火工艺下试样的力学性能参数比较稳定,波动小.     

TiN晶体尺寸与其力学性能的第一性原理研究

 纳米多晶体材料因其独特的力学性能而成为当前材料科学领域的研究热点之一,尤其是晶粒尺寸对其力学性能的影响倍受关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,模拟计算了晶粒尺寸为0.6387—2.332nm的TiN的力学性能,得到应力应变关系及屈服强度。计算结果表明,随着晶粒尺寸的增加,TiN的屈服强度降低,晶粒呈现软化趋势。通过对应力-应变曲线分析可知：TiN在应变5%处开始屈服,其屈服强度大约为21.5GPa;抗拉强度发生在应变约为15%时,且随着晶粒尺寸的增加,抗拉强度降低。本文对照了屈服极限的计算值和有限元方法的拟合值,讨论了实验中TiN表面的微观结构与硬度、弹性模量的关系。研究表明,TiN试样中的缺陷对其硬度和强度有很大影响。     

温度、应变率和晶粒对Mn18Cr18N钢高温塑性的影响

通过拉伸热模拟试验研究了温度、应变率和晶粒尺寸对Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢高温塑性的影响。结果表明:在800℃~1 200℃温度范围内,Mn18Cr18N高氮奥氏体不锈钢的塑性随温度升高而升高,1 200℃时达到最好,然后开始下降;应变率通过再结晶的作用而影响塑性;当温度低于1100℃时,细晶粒尺寸材料的塑性优于粗晶粒尺寸,而温度高于1 100℃时中等晶粒尺寸材料塑性最好。     

纳米铜单晶拉伸力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟了绝对零度时三种不同边界条件下纳米铜单晶的拉伸力学性能。计算结果发现：不同边界约束对钢单晶的内在原子运动和整体力学行为有明显影响;纳米杆、纳米薄膜良好的延性主要来源于位错运动;铜单晶块体的破坏源于内部孔洞的发展,破坏时延性较差;此外,纳米杆、纳米薄膜存在较大的表面张力。     

银纳米线熔化过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法和量子修正的Sutton-Chen（QSC）多体势研究了不同尺寸的银纳米线的熔化动力学过程．模拟结果表明；银纳米线的熔点要比银的体材料的熔点低得多，并且与纳米线的直径的倒数成线性关系，当纳米线的直径越大时，其熔点越高，表现出了明显的尺寸效应．银纳米线的熔化过程首先从表面开始，并逐步向内部发展，直至核心区域．当温度高于熔点时，银纳米线逐渐熔化、断裂，最后形成球形团簇．     

超快冷终冷温度对桥梁钢组织性能的影响

两阶段轧制后,采用超快冷对实验钢进行冷却,研究了超快冷终冷温度对高强桥梁钢组织性能的影响.结果表明,超快冷终冷温度显著影响实验钢的组织特征,随着超快冷终冷温度的降低,实验钢的显微组织由粒状贝氏体为主逐渐演变为板条贝氏体为主,且M/A尺寸显著细化.明确了超快冷终冷温度对实验钢力学性能的影响规律,且在236℃的超快冷终冷温度条件下,实验钢的屈服强度、抗拉强度、屈强比、-40℃冲击功和延伸率分别为745MPa,961MPa,078,1665J和168%,实现了强度、韧性和塑性的平衡,同时获得了低屈强比.     

水化硅酸钙力学性能分子动力学模拟方法对比研究

对水化硅酸钙凝胶(C-S-H)的力学性能分子动力学模拟方法进行了对比研究。以Tobermorite和Jennite晶体作为CS-H纳观结构的模型,建立3倍晶胞分别在COMPASS、COMPASS II两种力场下进行分子动力学模拟,得到纳观结构的力学性能。然后根据Powers和Jennings水化模型,引用自融洽(SC)和Mori-Tanka均匀化方法考虑孔隙率因素,计算C-S-H凝胶的力学性能。研究发现,COMPASS力场对C-S-H力学性能的模拟更好;SC方法计算的结果更为接近试验值;Tobermorite 11和Jennite结构模型在力学性能模拟方面更准确;Jennings水化模型与原子模拟研究技术结合较好。     

温度和炭黑对天然橡胶影响的分子动力学模拟

天然橡胶（natural rubber,NR）是常用的耗能减震材料,但温度及填料对其有明显影响。为了更好的发挥天然橡胶的力学性能,采用分子动力学（MD）方法,研究了温度T与炭黑（CB）含量β对天然橡胶静动态性能的影响。结果表明,随着温度的升高,定伸应力逐渐降低,储能模量下降,损耗模量上升,体系特征由玻璃态转变为粘流态,这表明温度极大影响了链段的运动,从而影响力学性能。此外,炭黑与分子链存在吸附作用,能有效增强材料的定伸应力、储能模量和损耗模量,对玻璃化温度也有提升效果。但填充比例达到40%后补强效果减弱,这可能与炭黑比表面积下降有关。     

Molecular Dynamics Simulation and Experimental Proof of Hydrogen-enhanced Dislocation Emission in Nickel

A quasi three dimensions molecular dynamic method was used to simulate the effect of hydrogen on dislocation emission and crack propagation in nickel. In situ observation in a transmission electron microscope (TEM) was used to confirm the simulation results. The simulation result indicated that hydrogen solubilized in nickel decreased the critical stress intensity for the dislocation emission, i.e., hydrogen enhanced dislocation emission. In situ observation in TEM showed that hydrogen enhanced dislocation emission and motion before the initiation of hydrogen-induced crack.     

奥氏体晶粒尺寸对45V非调质钢组织和性能的影响

研究了４５Ｖ钢初始状态奥氏体晶粒尺寸对其组织和性能的影响，得出显微组织和力学性能的关系。结果表明，随相变前奥氏体晶粒尺寸增大，铁素体数量减小，硬度与强度提高，塑性降低。４５Ｖ钢先共析铁素体体积分数（ｆα）与硬度（ＨＶ）、缺口试样的强度（σｂＮ）和塑性（ΨＮ）的关系为ＨＶ＝３７０－４２Ｆα１／３，σｂＮ＝１４６６－１１１０ｆα１／３，ΨＮ＝３２＋０．５７ｆα。     

基于分子动力学的α-SiO2晶体力学性能

采用分子动力学方法, 结合Tersoff势函数, 模拟α-SiO₂晶体在应变加载下的力学性能, 并考察温度对α-SiO₂力学性能的影响. 结果表明: α-SiO₂在常温加载过程中经历了弹性变形、 塑性变形及断裂变形3个阶段, 获得的屈服强度为22.6 GPa, 断裂强度为36 GPa； 在塑性变形阶段观察到α-SiO₂从晶相向非晶转化的相变过程; 随着温度的升高, α-SiO₂的屈服强度和弹性模量逐渐降低； 温度越高断裂应力和断裂应变越低, α-SiO₂晶体在高温单轴加载下易出现断裂.     

分子动力学模拟温度对CTAB/SA胶束结构的影响

采用分子动力学模拟研究了温度对于十六烷基溴化铵/水杨酸(CTAB/SA)酸性条件下聚集结构的影响.结果表明在高温和强酸条件下,CTAB/SA体系形成球形胶束.通过分析分子的均方根位移和径向分布函数等动力学性质,我们发现升高温度能够显著加剧分子运动.因此,CTA+和水杨酸分子之间的结合作用力减弱.特别是胶束周围的阴离子的扩散使得极性头基之间的互斥作用增强,因而在80℃和强酸条件下,胶束结构为球形胶束.模拟表明,分子动力学方法可以在分子水平上研究胶束体系,解释温度和酸碱度对于聚集性质影响的原因.     

钨合金力学性能及断口形貌的温度效应

研究了真空退火态93WNiFe合金在10-900℃的拉伸性能、断口形貌及显微组织,研究结果表明：随着温度的升高钨合金抗拉强度逐渐下降,延伸率先上升后下降,在400℃出现峰值,断口形貌由钨颗粒解理型断裂逐渐向钨颗粒与粘结相脱开型断裂转变,钨合金抗拉强度主要受断口断裂模式的影响,而延伸率却受钨颗粒和粘结相变形的共同影响。     

温度和规格对扁玉螺耗氧率和排氨率的影响

在实验生态条件下 ,研究了温度对不同个体大小扁玉螺耗氧率和排氨率的影响。实验结果表明 ,在实验温度 ( 1 0～ 35℃ )条件下 ,扁玉螺的个体耗氧率 (R′O) [mg/个·h]和个体排氨率 (R′N) [mg/个·h]与软体部干重 (W)呈正相关 ,而耗氧率 (RO) [mg/g·h]、排氨率 (RN) [mg/g·h]与软体部干重呈负相关 ,二者之间均可用幂函数表示 ;扁玉螺的耗氧率和排氨率均随温度的升高而增加 ,但超过 30℃后 ,耗氧率则下降 ,耗氧率 (RO)、排氨率 (RN)与温度之间呈明显的指数函数关系。不同规格扁玉螺的耗氧率和排氨率的比值 (原子数O :N)在 2 0℃时最大。方差分析表明 ,温度、软体部干重对扁玉螺的耗氧率和排氨率有极显著的影响 (P 相似文献