轴向拉伸下氮化钛纳米杆变形机制及力学性能的分子动力学研究

本文使用分子动力学软件包lammps并采用第二近邻改进型嵌入原子法(2NN MEAM)模拟了单晶氮化钛纳米杆的轴向拉伸破坏过程,分析了分别沿[100]、[111]晶向的不同截面尺寸、不同拉伸应变率、不同温度下的氮化钛纳米杆的力学性能,详细描述了氮化钛纳米杆拉伸变形过程。研究发现, 拉伸晶向、截面尺寸、拉伸应变率及温度均会对TiN纳米杆的拉伸变形过程及屈服强度、弹性模量等力学性能产生不同程度的影响。 沿[100]晶向的拉伸,截面尺寸越大,屈服强度越低;而沿[111]晶向,截面尺寸越大,屈服强度越大。应变率越大,屈服强度及屈服应变越大,但对于弹性模量几乎无影响。温度越高,材料的屈服强度、屈服应变及弹性模量越小,断裂应变越大。不同拉伸条件下的氮化钛纳米杆的拉伸过程均包括弹性变形、塑性变形与断裂阶段。[100]晶向的弹性模量都要高于[111]晶向。     

考虑晶体取向的Al0.3CoCrFeNi高熵合金动态力学性能研究

鉴于高熵合金材料(high-entropyalloy,HEA)在高应变率动态响应下呈现不同的破坏模式及力学性能,其潜在机理从宏观角度已不能够完全解释,需从微观角度研究其动态响应过程中的原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制,为优化HEA防护材料的加工工艺、制备方法等提供参考。利用分子动力学模拟的方法,设计了[100]、[110]和[111]等3种取向结构的Al_0.3CoCrFeNi高熵合金在不同应变率下的压缩、拉伸及冲击试验,分析了动态响应过程中原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制。压缩试验中：[110]取向结构的Al_0.3CoCrFeNi高熵合金的屈服强度最高,[111]的次之,[100]的最低;[100]取向结构的Al_0.3CoCrFeNi高熵合金主要的变形机制为孪晶变形,[110]的为滑移变形,[111]的为位错变形。拉伸试验中：[111]取向结构的Al_0.3CoCrFeNi高熵合金的屈服强度最高,[100]的次之,[110]的最低;[100]取向结构Al_0.3     

纳米金属丝拉伸破坏及其应变率效应

建立了适于研究纳米金属快速变形破坏过程的分子动力学模型,并对不同应变率工况下不同截面尺寸单晶镍纳米丝的零温单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟.模拟得到各种纳米镍丝的应力-应变曲线、屈服应变、屈服强度、断裂强度和初始弹性模量,提出了纳米金属丝快速变形力学性能的应变率效应预测公式并加以验证.计算表明金属纳米丝的屈服应变与尺寸和应变率无关,屈服强度、断裂强度和弹性模量与应变率呈对数关系.     

硅纳米线的分子动力学模拟

本文采用分子动力学软件包LAMMPS研究了无缺陷和有缺陷的硅纳米线的拉伸力学性能,得到其应力-应变曲线,曲线表明拉伸过程中无明显的塑性流动,但会出现颈缩现象;当硅纳米线存在缺陷时,屈服强度减小为无缺陷时的79%;且容易形成单个晶胞被拉伸现象.研究表明,温度对硅纳米线的屈服强度有显著影响,温度升高会大大降低硅纳米线的屈服强度.     

镁单晶变形行为的原子模拟

应用分子动力学方法模拟镁单晶在单向拉伸作用下的力学性能和微观结构演化过程.不同应变和不同温度下的模拟结果中都观测到{1011},{1012}型李晶.表明这两种孪晶是镁单晶拉伸变形的主要机制.其中{1012}型挛晶的产生伴随新晶粒生成,并且随应变增加孪晶的数量增加.此外,随着温度的增加,原子热激活效应显著.镁单晶的最大弹性形变减小,最大应力值亦变小.     

含冷却孔镍基合金次级取向效应的应变梯度晶体塑性有限元研究

单晶镍基合金具有优异的耐高温、高强、高韧等性能, 这些力学性能受制造过程引入的次级取向和冷却孔的影响. 已有研究大多关注单孔薄板的变形机理和力学性能, 而工程中应用的往往是多孔薄板, 当前亟需阐明多孔的塑性滑移带变形机理、次级取向效应以及冷却孔引起的应变梯度效应. 文章采用基于位错机制的非局部晶体塑性本构模型对含冷却孔镍基单晶薄板的单拉变形进行了数值模拟. 此模型基于塑性滑移梯度与几何必需位错的关系引入了位错流动项, 因此可有效刻画非均匀变形过程中的应变梯度效应. 为了全面揭示含孔镍基薄板的次级取向效应, 系统研究了[100]和[110]取向(两种次级取向)下镍基薄板的单拉变形行为, 并重点探究了在两种次级取向下冷却孔数量对薄板塑性行为的影响. 此外, 还分析了镍基合金板变形过程中各个滑移系上分切应力变化、主导滑移系开动以及几何必需位错密度的演化过程, 并讨论了塑性滑移量及其分布特征对不同次级取向镍基合金板强度的影响. 研究表明, 单孔和多孔的[110]薄板抗拉强度均低于[100]薄板, 多孔薄板的塑性变形过程比单孔薄板更为复杂且受次级取向影响更大, 并且发生滑移梯度位置主要位于冷却孔附近以及塑性滑移带区域. 研究结果可为工程中镍基合金的设计和服役提供理论指导.      

中应变率拉伸载荷下DZ2车轴钢的动态力学响应与微观组织演变

高速列车运行过程中车轴可能遭受不同程度的冲击载荷作用，导致车轴的结构损伤与破坏，从而影响列车运营安全和服役寿命.因此，明晰冲击载荷下车轴材料的力学响应和变形损伤行为，对高速动车组车轴的运维与设计具有重要意义.论文研究了DZ2车轴钢在中应变率(0.1～100 s^-1)拉伸条件下的力学性能和微观结构演变，揭示了DZ2车轴钢的变形与失效机理，构建了可准确描述DZ2车轴钢力学响应行为的Zerilli-Armstrong模型.结果表明，位错滑移和韧性断裂是DZ2车轴钢塑性变形和失效的主要机制，但由于位错运动状态的改变，其强度的应变率依赖性在不同应变率范围内存在较大差异.当应变率低于10 s^-1时，DZ2车轴钢内的位错密度低，位错运动阻碍作用小，其强度不会随应变率增加而显著变化，具有低的应变率敏感性；而在应变率超过10 s^-1后，DZ2车轴钢内的位错密度大幅度增加，位错运动速率加快，位错短程作用增强，从而增大了材料的变形抗力，材料的强度随应变率增加而增大，表现出显著的应变率强化效应，应变率敏感性也明显提高.与实验数据相一致，Zeri...     

bcc-Fe刃型位错偶极子的动力学过程模拟

用分子动力学方法模拟了bcc单晶铁中滑移面为(011)晶面、柏氏矢量b-=±[100]的刃型位错偶极子吸引至湮灭的动力学过程.模拟结果显示:沿[100]晶向滑移的正刃型位错穿越Peierls势垒的方式为滑移面上方芯原子沿[111]晶向滑移,滑移面下方芯原子沿[111]晶向滑移;芯原子滑移方向分别偏转为[111]和[111]晶向,同时芯能量以格波形式释放.统计了位错运动速度和Peierls势垒随时间或两位错距离的变化.     

铁电单晶Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.32PbTiO3的实验及本构模型研究

对压力作用下沿[001]晶向极化的Pb(Mg弛豫型铁电单晶;极化旋转(相变);黏塑性模型;本构;细观力学国家自然科学基金，教育部全国优秀博士学位论文作者专项基金2006-11-06对压力作用下沿[001]晶向极化的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.32PbTiO3(PMN0.32PT)弛豫型铁电单晶的应力应变行为进行了实验研究,实验结果表明铁电单晶〈001〉晶向的应力应变行为和铁电多晶有本质的不同,是传统的电畴翻转机理所难以解释的,所提出的极化旋转(相变)模型合理地解释了实验中观察到的现象;基于提出的极化旋转(相变)模型,采用细观力学方法建立了铁电单晶的细观本构模型.在模型中采用黏塑性公式描述铁电单晶可能的8个相变系统的相变行为.为了验证模型的可靠性,用该模型模拟了铁电单晶〈001〉晶向的应力应变实验曲线.计算表明,该模型能较好地模拟铁电单晶〈001〉晶向的相变行为.     

剪切力作用下螺位错的运动

利用分子动力学方法研究了金属钨中螺位错在剪切力作用下的运动特性.根据弹性理论在BCC晶体中形成位错线沿<111>的螺位错,在合适的边界条件下获得平衡态的位错结构.发现位错由{110}平面沿<112>方向三个呈对称的皱褶组成.对平衡态结构施加剪切力,发现剪力很小时,位错核心不动,核心形状有畸变;当剪力增大到一定程度时位错开始运动.位错运动后,剪切力较小时,核心呈“之”字形运动;在较大剪力下,位错开始阶段呈“之”字形运动,一段距离后主要沿[211]方向作直线运动.位错运动的速度随着剪切力的增加而增大.     

ON CORE STRUCTURE PROPERTIES AND PEIERLS STRESS OF DISSOCIATED SUPERDISLOCATIONS IN ALUMINIDES: NiAl AND FeAl

<正>The study of dislocation properties in B2 structure intermetallics NiAl and FeAl is crucial to understand their mechanical behaviors.In this paper,the core structure and Peierls stress of collinear dissociated〈111〉{110} edge superdislocations in NiAl and FeAl are investigated with the modified P-N dislocation equation.The generalized stacking fault energy curve along〈111〉direction in {110} slip plane contains two modification factors that can assure the antiphase energy and the unstable stacking fault energy to change independently.The results show that the core width of superpartials decreases with the increasing unstable stacking fault energy,and increases with the increasing antiphase boundary energy.The calculated Peierls stress of〈111〉{110} edge superdislocations in NiAl and FeAl are 475 MPa and 3042 MPa,respectively.The values of Peierls stress in NiAl is in accordance in magnitude with the experimental and the molecular statics simulations results.     

皮肤的力学性能概述

鉴于皮肤的力学性能对于临床和日用化妆品的重要性,人们已经对在体和离体皮肤的力学性能进行了长期的研究.本文对皮肤力学的近期发展进行了全面的回顾,总结了在体和离体实验的方法和仪器,概述了皮肤的主要力学性能,包括杨氏模量、泊松比、压缩系数、强度、韧性、初应力和初张力、热膨胀系数、约束力/层离能、摩擦系数,以及这些性能的各向异性,并以表格形式收集了现有文献中的有关数据.最后,讨论了有关皮肤力学的一些特殊领域中的未来研究方向.      

CoCrFeMnNi高熵合金冲击波响应与层裂强度的分子动力学研究

高熵合金未来有望应用于航空航天和深海探测等领域,并且不可避免地会受到极端冲击载荷作用,甚至会发生层裂.本文采用分子动力学(MD)方法,研究了CoCrFeMnNi单晶高熵合金冲击时的冲击波响应、层裂强度以及微观结构演化的取向相关性和冲击速度相关性.模拟结果表明,在沿[110]和[111]方向进行冲击时产生了弹塑性双波分离现象,且随着冲击速度的增加呈现出先增强后减弱的变化趋势,但在沿[100]方向冲击时未出现双波分离现象.在冲击过程中,大量无序结构产生且随冲击速度的增加而增加,使得层裂强度随冲击速度的增加而减小.此外,层裂强度也具有取向相关性.沿[100]方向冲击时产生了大量体心立方(BCC)中间相,抑制了层错以及无序结构的产生,使得[100]方向的层裂强度最高;层裂初期微孔洞形核区域无序结构含量大小关系的转变,使得[111]方向的层裂强度在冲击速度较低时(U_p≤0.9 km/s)大于[110]方向,而在冲击速度较大时(U_p≥1.2 km/s)略小于[111]方向.研究成果有望为CoCrFeMnNi高熵合金在极端冲击条件下的应用提供理论支撑和数据...     

MEMS材料力学性能的测试技术

微电子机械系统(MEMS)技术的迅速崛起,推动了所用材料微尺度力学性能测试技术的发展.首先按作用方式将实验分成压痕/划痕、弯曲、拉伸、扭转四大类,系统介绍检测MEMS材料微尺度力学性能的微型试样、测试方法及其实验结果.测试材料主要有硅、氧化硅、氮化硅和一些金属.实验结果主要包括基本的力学性能参数如弹性模量、残余应力、屈服强度、断裂强度和疲劳强度等.最后,简要分析了未来的发展需求.      

Molecular dynamics study on mechanics of metal nanowire

The new concept of using nanowires as building blocks for logic and memory circuits makes it very necessary to fully understand the mechanical behaviors of these nanowires. Embedded-atom method is employed to carry out three-dimensional molecular dynamics simulations of the mechanical properties of rectangular cross-section copper nanowire. A stable free-relaxation state and the stress–strain relation of nanowire under extension are obtained. The elastic modulus, yielding strength and deformation are studied. The surface effect, size effect, and temperature effect on the extension property of metal nanowire are discussed in detail. The simulation results from our present work show that at nanoscale surface atoms play an important role on the mechanical behaviors of nano-structures. This study of mechanical properties of metal nanowires will be helpful to the design, manufacture and manipulation of nano-devices.     

纳米双晶铜单向拉伸弹性性能的应变率效应和尺寸效应

利用分子动力学方法研究了双晶铜在单向拉伸载荷作用下弹性性能的应变率效应和尺寸效应.结果表明:随着加载应变率的改变,纳米双晶铜的初始弹性模量在低应变率区和高应变率区表现出不同的规律.在低应变率区,弹性模量基本不随应变率的变化而变化;但在高应变率区,弹性模量随应变率的增大而增大,弹性模量和加载应变率之间满足近似的对数线性关系.因此,存在一个控制弹性模量应变率效应的应变率阈值.进一步的研究发现,双晶纳米铜的应变率阈值随着截面尺寸的增大而减小,具有明显的尺寸依赖性.     

Elastic interaction of point defects in crystals with cubic symmetry

The energy of elastic mechanical interaction between point defects in cubic crystals is analyzed numerically. The finite-element complex ANSYS is used to investigate the character of interaction between point defects depending on their location along the crystallographic directions 〈100〉, 〈110〉, 〈111〉 and on the distance from the free boundary of the crystal. The numerical results are compared with the results of analytic computations of the energy of interaction between two point defects in an infinite anisotropic medium with cubic symmetry. The interaction between compressible and incompressible defects of general type is studied. Conditions for onset of elastic attraction between the defects, which leads to general relaxation of the crystal elastic energy, are obtained.     

沉积方向和粒径组成对砂土力学特性的影响

运用砂土毛细效应所形成的假凝聚力制备具有不同沉积方向的试样,开展三轴固结排水剪切试验,研究粒径组成对初始各向异性砂土力学特性的影响,分析了粒径组成、沉积方向、强度特性和体积变化之间的相互关系.研究结论表明,试样剪切带的形成受到颗粒级配的影响,它是应力应变关系中陡降阶段的产生原因.沉积方向对粗砂和细砂的偏应力峰值强度均有...