温度对金属材料钼位错发射的影响

应用关联参照模型、随位错位置变化的柔性位移边界条件和三维分子动力学方法研究了体心立方（ＢＣＣ）金属晶体钼在不同温度下裂尖发射位错的力学行为，随着温度的提高，不但发射位错的临界应力强度因子下降而且在同一应 度因子条件下，发射位错的数量出增加，位错速度和不全位错之间的扩展距离对温度不敏感，在位错发射过程中，发现了稳定的和不稳定的两个变形状态，在稳定的有状态，位错发射后，塞积在远离裂纹尖端处；必须增加外     

温度和加载速率影响位错发射的分子动力学模拟

以Ａ１作为研究对象，采用ＥＡＭ势进行分子动力学模拟，在Ⅰ型和Ⅱ型加载条件下，研究了温度和取向对发射位错的临界应力强度因子的影响，模拟结果表明，裂尖发射位错的监介应力强度因子随温度升高指数规律降低，但却随加载速率的增大而升高。     

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.     

液体金属吸附促进位错发射的分子动力学研究

用第一原理算出Ｒｏｓｅ方程中的参量后,利用陈氏反演原理可以求出Ａｌ－Ｇａ和Ｃｕ－Ｇａ的对势;从而可研究Ａｌ和Ｃｉ裂纹表面吸附液体金属Ｇａ之后对裂尖发射位错的影响。结果表明,Ａｌ吸附Ｇａ后可使发射们错的临界应力强度因子从ＫＩｅ＝０．５ＭＰａｍ＾１／２,降为ＫＩｅ（Ｌ）＝０．４ＭＰａｍ＾１／２;对Ｃｕ则从ＫＩｅ＝０．５５ＭＰａｍ＾１／２降为ＫＩｅ（Ｌ）＝０．４５ＭＰａｍ＾１／２,即Ｇａ吸附后能促进位错     

金属Mo中韧位错运动特性的分子动力学研究

通过分子动力学方法(MDM), 采用镶嵌原子势法(EAM), 沿[111]方向插入两层(211)半原 子面形成位错,模拟了低温不同冲击载荷下和相同载荷不同温度下金属Mo中韧位错的动力 学特性. 结果表明：在低温冲击载荷下,Mo中的韧位错可以由静止加速到超过波速. 随着 载荷的增加,在位错运动的[111]方向将会出现3个波速;在相同载荷不同温度下,位错的 速度随着温度的升高而减小,即影响位错速度的拖动系数$B(T)$随温度升高而增大. 随着冲 击载荷的增大,拖动系数随温度的变化趋势减缓,即外加载荷对B(T)也有影响.     

纳米压痕中位错运动的原子模拟

利用分子动力学方法模拟研究了金刚石压头压入Ni薄膜(111)晶面的纳米压痕过程中薄膜进入初始塑性后的纳观机制,采用中心对称参数(CSP)研究不同压入深度时薄膜内部的位错的萌生和生长情况.结果表明:压痕力-压痕深度曲线的每一次的剧烈的振荡,都是一次能量释放的过程,在薄膜内部的位错生长也最剧烈.加载过程中,压入深度为0.66nm时出现位错(层错),压入深度为0.93nm时出现明显的位错形核,随着压入深度的增加,多个位错形核相互作用形成梯杆位错.压入深度为1.4nm时,梯杆位错旁出现了棱柱形不全位错环,随着压入深度的增加,棱柱形不全位错环沿着{111}滑移面运动.在最大压入深度处,薄膜塑性形变达到最大.     

BCC晶体中韧位错运动特性的分子动力学模拟

采用镶嵌原子法(EAM),采用沿《111》方向插入两层(211)半原子面的方法形成位错,模拟金属Mo中韧位错的运动特性.模拟大于Peierls-Nabarro应力时不同剪切力下的韧位错运动速度及相同剪切力下不同温度时韧位错运动速度,结果表明:剪切力越大,韧位错运动速度越大;温度对韧位错运动有明显的阻碍作用,在相同剪切力下,随着温度的升高,韧位错运动速度减小,即拖动系数B(T)随温度升高而增大.随剪应力增大,B(T)变化趋势减缓.     

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[(2)11]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.     

超薄油膜润滑的分子动力学模拟：I.刚性分子模型

分子量级超薄膜的润滑特性与流体润滑及边界润滑的都有所不同，而且在超薄油膜中也同样存在着润滑剂的流动，因此，利用分子动力学方法模拟了超薄油膜中了压力流动，模拟中采用了刚性分子流体模型，重点研究固体壁面对流动的影响，结果表明，当油膜厚度远比值体分子“直径”大时，模拟所得速度剖面和流量均与流体力学的理论值基本一致，随着油膜厚度逐渐变薄，压力流动或动压流因受到固体壁面的阻碍作用而不断减小，当油膜厚度减小到     

穿透夹杂界面的半无限楔形裂纹尖端螺型位错的发射研究

研究了穿透圆形夹杂界面的半无限楔形裂纹与裂纹尖端螺型位错的干涉问题.应用复变函数解析延拓技术与奇性主部分析方法,得到了位错位于半圆形夹杂内部时,半无限基体和半圆形夹杂内复势函数的解析解.然后利用保角映射技术得到了穿透圆形夹杂界面的半无限楔形裂纹尖端螺型位错产生的应力场以及作用在位错上的位错力的解析表达式.主要讨论了螺型位错对裂纹的屏蔽效应以及从楔形裂纹尖端发射位错的临界载荷条件.研究结果表明正的螺型位错可以削弱楔形裂纹尖端的应力强度因子,屏蔽裂纹的扩展,屏蔽效应随位错方位角的增大而减小.位错发射所需的无穷远临界应力随发射角的增加而增大,最可能的位错发射角度为零度,直线裂纹尖端位错的发射比楔形裂纹尖端位错的发射更容易,硬基体抑制位错的发射.     

Effect of temperature on dislocation emission from crack tip for BCC metal Mo

The effect of thermally activated energy on the dislocation emission from a crack tip in BCC metal Mo is simulated in this paper. Based on the correlative reference model on which the flexible displacement boundary scheme is introduced naturally, the simulation shows that as temperature increases the critical stress intensity factor for the first dislocation emission will decrease and the total number of emitted dislocations increase for the same external load. The dislocation velocity and extensive distance among partial dislocations are not sensitive to temperature. After a dislocation emission, two different deformation states are observed, the stable and unstable deformation states. In the stable deformation state, the nucleated dislocation will emit from the crack tip and piles up at a distance far away from the crack tip, after that the new dislocation can not be nucleated unless the external loading increases. In the unstable deformation state, a number of dislocations can be emitted from the crack tip continuously under the same external load. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China.     

分子动力学方法在研究材料力学行为中的应用进展

报道近年来分子动力学方法应用于研究位错、裂纹、晶界及其相互作用方面的进展．主要包括:裂纹尖端的位错发射,位错发射的不稳定堆垛能,晶体与裂纹’几何关系对位错发射的影响,温度对位错发射的影响以及由裂纹尖端发射的位错列与不对称倾侧晶界的相互作用．报道主要以我们的工作为主,重点讨论裂纹尖端位错发射的研究结果      

超晶格的位错模型与系统的动力学稳定性

在经典力学框架内和Seeger方程基础上,讨论了超晶格界面附近的位错动力学行为,指出了由于系统的分叉或混沌将导致位错的运动与堆积,造成了超晶格的分层或断裂;同时,也指出了,将生长过程中的超晶格置于适当的声场中将应力减至最小,或者适当调节系统参数就可最大限度的保证系统的动力学稳定性.首先,引入阻尼项,把描述一般位错运动的Seeger方程化为了超晶格系统的广义摆方程.利用Jacobian椭圆函数和椭圆积分分析了无扰动系统的相平面特征,并解析地给出了系统的解和粒子振动周期.其次,利用Melnikov方法分析了系统相平面上三类轨道的分叉性质和进入Smale马蹄意义下的混沌行为,找到了系统的全局分叉与系统进入混沌的临界条件.结果表明,系统的临界条件与它的物理参数有关,只需适当调节这些参数就可以原则上避免、控制分叉或混沌的出现,进一步保证生长过程的稳定性和超晶格材料的完整性.     

CYCLIC HARDENING BEHAVIOR OF POLYCRYSTALS WITH PENETRABLE GRAIN BOUNDARIES： TWO-DIMENSIONAL DISCRETE DISLOCATION DYNAMICS SIMULATION

A two-dimensional discrete dislocation dynamics （DDD） technology by Giessen and Needleman （1995）, which has been extended by integrating a dislocation-grain boundary interaction model, is used to computationally analyze the micro-cyclic plastic response of polycrystals containing micron-sized grains, with special attentions to significant influence of dislocationpenetrable grain boundaries （GBs） on the micro-plastic cyclic responses of polycrystals and underlying dislocation mechanism. Toward this end, a typical polycrystalline rectangular specimen under simple tension-compression loading is considered. Results show that, with the increase of cycle accumulative strain, continual dislocation accumulation and enhanced dislocation-dislocation interactions induce the cyclic hardening behavior; however, when a dynamic balance among dislocation nucleation, penetration through GB and dislocation annihilation is approximately established, cyclic stress gradually tends to saturate. In addition, other factors, including the grain size, cyclic strain amplitude and its history, also have considerable influences on the cyclic hardening and saturation.     

纳米丝应变率效应的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟了零温时不同应变率作用下纳米丝的拉伸力学行为.计算结果表明在缺乏热激活软化机制条件下,纳米丝应变率效应呈现出与宏观应变率试验结果相一致的特征.纳米丝在不同的应变率范围具有不同的变形机制.在应变率不敏感区和敏感区,纳米丝主要以位错运动作为塑性变形机制;在应变率突变区,纳米丝通过局部原子混乱区的持续扩展乃至整体结构的非晶化作为塑性变形机制.     

分子动力学模拟纳米镍单晶的表面效应

对单晶镍纳米丝、纳米薄膜零温准静态拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟．模拟表明表面效应对单晶纳米材料的原子运动及整体力学行为有显著影响．自由表面增加纳米材料的塑性、降低其强度,影响纳米材料的变形机制．受表面效应的作用,纳米镍丝强度与弹性模量均低于纳米镍薄膜．纳米薄膜的断裂接近脆性断裂,断裂强度符合Griffith理想晶体脆断理论;纳米镍丝在断裂过程中表现出微弱塑性．     

MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF INTERFACIAL DEFECTS WITH MODIFIED POTENTIAL BASED ON THE FIRST-PRINCIPLE

The interfacial molecular structure of materials with different lattice constants is simulated by using the method of molecular dynamics （MD）. Potential of modified analytical embedded atom method （MAEAM） is used for nominterfacial atoms. To simulate the state of interracial atoms, further modifications are applied to the MAEAM potential based on the first- principle simulation results. It is concluded that a small change of potential may greatly influence the interfacial molecular structure. Void and diffusions can be observed in the simulation results. It is also found that the pre-existed dot defects before bonding can decrease the number of interfacial defects greatly, thereby, can increase the strength of the interface.