α-Fe中氦泡阻碍位错移动硬化的分子动力学研究

基于周期性位错阵列模型,利用分子动力学方法,研究了α-Fe中1/2a0111{110}刃位错与3nm氦泡的相互作用导致硬化的过程,重点研究了不同温度下(300 K和623 K),氦空位比例对位错与3 nm氦泡作用机制影响的差异性.研究结果表明,当氦空位比例在0～1之间变化时,氦空位比例的变化对临界剪切应力的影响微弱,当氦空位比例在1～1.5之间变化时,氦泡内氦原子的数量的增加,临界剪切应力随之降低.氦空位比例升高至1.75时,高温623 K与室温相比,临界剪切应力反常升高,原因是高温引起的位错与氦泡的排斥机制:氦泡严重超压,与位错接触瞬间,沿位错拉伸侧踢出自间隙原子团簇,被位错吸收后产生割阶;由于位错割阶与超压氦泡同为压应力场,割阶被氦泡强烈排斥反弹.     

镁中位错和非晶作用机制的分子动力学模拟

镁合金作为最轻的金属结构材料,被誉为21世纪的“绿色工程材料”,具有广阔的应用前景.晶体-非晶双相纳米镁材料更是表现了优异力学性能,但是晶体中位错与非晶相的相互作用机制尚不明确.本文采用分子动力学模拟方法研究了剪切载荷作用下纳米晶镁中刃位错与非晶相的相互作用机制.研究结果表明,纳米晶镁中非晶相与位错的相互作用机制表现出一定的尺寸依赖性.相较于非晶相尺寸较小的样品,较大的非晶相尺寸会导致较大的二次应力强化现象.非晶相和位错的作用机制主要归结为非晶相对位错的钉扎作用.对于非晶相尺寸较小的样品,非晶相对位错的钉扎作用有限,钉扎时间较短,其相互作用主要是位错绕过非晶相的机制;而对于非晶相尺寸较大的样品,非晶相对位错的钉扎作用较大,钉扎时间较长,其相互作用主要是非晶相引发的位错的交滑移机制.本文的研究结果对于设计和制备高性能的镁及其合金材料具有一定的参考价值和指导意义.     

采用纳米晶柱阵列衬底抑制失配位错形成的分子动力学模拟研究

运用分子动力学方法对纳米晶柱阵列衬底上铝簿膜的外延生长进行了模拟研究.所采用的原子间相互作用势为嵌入原子法(EAM)多体势.模拟结果表明：采用纳米晶柱阵列衬底可以在不形成失配位错的条件下释放其上生长的外延薄膜晶体中的失配应变,有效地抑制其中失配位错的形成,获得高质量的外延薄膜晶体;这种纳米晶柱阵列的几何设计应满足两个基本条件：1) 晶柱的横截面尺寸应大于对应温度下的晶柱热失稳临界尺寸,以克服纳米结构的热失稳,模拟显示700K下铝的热失稳临界尺寸为19nm;2) 晶柱的高度与间距之比应大于076,以保证 关键词： 失配位错 分子动力学 纳米晶柱 铝     

不同温度下bcc-Fe中螺位错滑移及其与½[11(1)]位错环相互作用行为

采用分子动力学方法模拟研究了不同温度下bcc-Fe中螺位错滑移行为和螺位错与?[11(1)]位错环相互作用机制.结果表明,螺位错在低温2 K剪切应力下主要沿((2)11)面滑移;随温度逐渐升高到823 K,它容易发生交滑移,该交滑移在((1)11)和((2)11)面之间交替进行,因此随温度升高,临界剪切应力逐渐降低.当...     

基于连续介质位错理论的位错原子分布构造方法

基于连续介质位错理论提出一种新的位错原子分布构造方式,理论上可以构造出任意形状和任意Burgers矢量的位错结构.利用该方法,选用FCC单晶铜为模拟介质,构造Burgers矢量为b=[110]/2的刃型全位错和Burgers矢量为b=[112]/6圆环形不完全位错环,并使用分子动力学方法模拟全位错的扩展分解过程和不全位错环在自应力作用下的收缩过程,模拟结果与理论分析一致.该方法的优点在于可以方便地构造出其他传统方法难以构造的位错闭合结构——位错环,从而使位错环的细致研究成为可能.     

Si中30度部分位错弯结运动特性的分子模拟

首先使用分子动力学方法(MD)得出了左弯结(LK)和右弯结(RK)在不同温度和剪应力作用下的速度特性和运动过程.然后利用基于紧束缚势(TB)的nudged elastic band(NEB)方法计算LK和RK的迁移势垒.由计算结果得出,单个LK或RK的势垒很高,运动速度相对较慢;LK中的多弯结对结构和由RK分解产生的右弯结-重构缺陷(RC)能够加速位错运动;其中,RC能促进30°部分位错更快地迁移.     

纳米单晶铜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了拉伸状态下纳米单晶铜中孔洞的力学行为。通过与无孔纳米单晶铜块体弹性性能的比较，可知小孔使纳米单晶铜的弹性模量显下降。弹性阶段，有孔单晶铜中无位错产生；超过其弹性极限后，位错线从四周向有孔单晶铜内部发射，位错滑移为其主要变形机制。     

bcc Fe中刃型位错的结构及能量学研究

基于位错理论，利用分子动力学方法建立了〈100〉{010}，〈100〉{011}，1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的芯结构，并计算了这四种刃型位错的形成能、位错芯能量和芯半径.计算结果表明：〈100〉{010}和〈100〉{011}刃型位错的形成能比1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的要高，这表明〈100〉刃型位错比1/2〈111〉刃型位错更难形成.而〈100〉{010}和〈100〉{011}刃型位错的芯半径比1/2〈111〉{011}和1/2〈111〉{112}刃型位错的小，这说明在1/2〈111〉刃型位错中位于奇异区的原子数多于〈100〉刃型位错，而这些原子要比完整晶体中的原子具有更大的活性.可见，1/2〈111〉刃型位错比〈100〉刃型位错更易运动，且〈100〉刃型位错在bcc Fe中难以形成. 关键词： bcc Fe 刃型位错 分子动力学模拟     

外延生长薄膜中失配位错形成条件的分子动力学模拟研究

运用分子动力学方法对负失配条件下的外延铝簿膜中失配位错的形成进行了模拟研究.所采 用的原子间相互作用势为嵌入原子法(EAM)多体势.模拟结果显示：在500K下长时间静态弛豫 ，表面和内部结构完整的外延膜在9—80原子层厚度范围内(约为其热力学临界厚度的3—40 倍)均不形成失配位错，而在薄膜表面预置一个单原子层厚、三个原子直径大小的凸台或凹 坑时，失配位错则能够在15个原子层厚的外延膜上迅速形成：在动态沉积生长条件下，表面 自然形成凹凸，初始厚度为9个原子层厚的外延膜在沉积生长中迅速形成失配位错.在三种条 件下，所形成的位错均为伯格斯矢量与失配方向平行的全刃位错.分析发现：在压应力作用 下，表面微凸台诱发了其侧薄膜内部原子的挤出，造成位错形核；而表面微凹坑则直接因压 应力作用形成了一个表面半位错环核. 关键词： 外延薄膜 失配位错 分子动力学 铝     

纳米单晶铜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了拉伸状态下纳米单晶铜中孔洞的力学行为.通过与无孔纳米单晶铜块体弹性性能的比较,可知小孔使纳米单晶铜的弹性模量显著下降.弹性阶段,有孔单晶铜中无位错产生;超过其弹性极限后,位错线从四周向有孔单晶铜内部发射,位错滑移为其主要变形机制.     

光波场中多边位错向螺旋位错的转化

实验研究及理论分析了光波场中边位错向螺旋位错的转化行为. 设计了围绕中心沿角向周期排列的多边位错相位结构,实验上通过计算全息图法研究了其对高斯光束的调制作用以及调制光束的传播特性. 结果表明,随着调制光束逐渐演化为类涡旋光束,多边位错结构可以转化为螺旋位错,且位错结构的总相位变化守恒. 结合光场的线动量密度图详细分析了该演化过程,并进一步讨论了多边位错结构中的相位突变值对螺旋位错转化的影响,给出了决定螺旋位错拓扑荷值的定量关系式. 关键词： 边位错 螺旋位错 涡旋光束 拓扑荷     

F等离子体刻蚀Si中Lag效应的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟的方法对感应耦合等离子体刻蚀中Lag效应的产生机理进行了研究. 研究结果表明,在刻蚀过程中普遍存在Lag效应,宽槽的刻蚀率明显比窄槽的刻蚀率要高,这是由于宽槽更有利于产物从槽中的逸出;窄槽中产物从槽中逸出的速率较低,较多的产物拥挤在窄槽中降低了入射的F等离子体入射的速度,从而降低了F等离子体到达Si表面的能量,而相同条件下,刻蚀率随能量的降低而降低;另一方面,窄槽中入射的等离子体与槽壁的距离较近,使得入射的F更容易与槽壁表面的Si的悬挂键结合沉积在槽壁表面,使刻蚀出的槽宽度变窄,进一步影响到后继粒子的入射;Lag 效应随槽宽的减小而增强,随温度的升高而减弱,随入射粒子能量的升高而增强. 关键词： 分子动力学 Lag效应 刻蚀 刻蚀率     

孔洞对FeCrNiCoCu高熵合金拉伸性能影响的分子动力学研究

孔洞是FeCrNiCoCu高熵合金在制备过程中常见的缺陷,为此本文利用分子动力学模拟方法构建含孔洞的FeCrNiCoCu模型进行单轴拉伸模拟,探究了孔洞位置、孔洞半径和变形温度对其力学性能的影响.研究发现,在Z轴晶向为[111]的晶体中和晶界处的孔洞会显著降低模型的屈服应变和屈服强度,但对模型的杨氏模量影响不大.随着晶界处孔洞半径的增大,在弹性阶段,孔洞半径增大使应力集中面积增大,有利于位错形核,模型的力学性能随之降低.在塑性变形阶段,随着孔洞半径的增大,初始位错更倾向于向Z轴晶向为[001]的晶体中扩展.在中、低温条件下(T<800K),模型保持良好的力学性能;在高温条件下,力学性能显著降低.在高温塑性变形阶段,模型中的总位错线长度较低,平均流变应力也较低.     

温度对超薄铜膜疲劳性能影响的分子动力学模拟

用嵌入原子势的分子动力学方法模拟了温度对超薄铜膜疲劳性能的影响. 通过模拟, 首先给出了超薄铜膜的总能及应力随循环周次的变化曲线; 根据叠加经验式得出的叠加量随循环周次变化曲线, 判断出各种恒定温度下超薄铜膜的疲劳寿命. 由 200–400 K温度范围内超薄铜膜的疲劳寿命-温度变化曲线, 可以发现存在两个温度区域: 在约370 K以下, 超薄铜膜的疲劳寿命随温度升高缓慢增加, 而在约370 K以上增加较快. 建立了模型并用位错演化机制解释了超薄铜膜疲劳寿命的温度依赖关系. 关键词： 分子动力学 疲劳 温度效应 位错     

α-Fe中刃型位错与空洞相互作用的分子动力学模拟

本文通过分子动力学方法（MD）,采用嵌入原子势法（EAM）,沿[111]方向插入一层（0-11）半原子面形成位错,然后在模型中插入空洞,模拟了BCC 铁中刃型位错与空洞相互作用,研究了空洞对位错运动的影响机理。模拟结果表明,当温度设定为10K时,位错运动速度快,但空洞直径的大小对位错运动速度的影响不太明显,当高温设定为100K时,由于位错线密度增大并随着空洞直径的增加位错运动速度减小,临界剪切应力也随着减小。最后将模拟计算结果与Osetsky的研究数据及连续体理论模型进行了对比分析。     

α-Fe中刃型位错与空洞相互作用的分子动力学模拟

本文通过分子动力学方法（MD）,采用嵌入原子势法（EAM）,沿[111]方向插入一层（0-11）半原子面形成位错,然后在模型中插入空洞,模拟了BCC 铁中刃型位错与空洞相互作用,研究了空洞对位错运动的影响机理。模拟结果表明,当温度设定为10K时,位错运动速度快,但空洞直径的大小对位错运动速度的影响不太明显,当高温设定为100K时,由于位错线密度增大并随着空洞直径的增加位错运动速度减小,临界剪切应力也随着减小。最后将模拟计算结果与Osetsky的研究数据及连续体理论模型进行了对比分析。     

bcc Fe的刃型位错中氦-空位团的稳定性

 采用周期性原子阵列方法建立bcc Fe中的刃型位错,利用分子动力学计算了0 K时bcc Fe的位错芯里氦-空位团的稳定性,并与理想Fe晶体里氦-空位团的稳定性进行比较发现,位错的作用导致氦-空位团不稳定。点缺陷（He、空位与自间隙Fe原子）与氦-空位团的结合能与团中氦-空位比例密切相关,当氦与空位数之比在3~6时,结合能趋于稳定。     

固体中冲击波的分子动力学研究

 文中用分子动力学方法研究了具有面心结构的晶体在冲击波的作用下温度、压力、粒子速度、物质密度及冲击波速度诸参数的变化,并与宏观规律作了比较。文中采用Fincham的计算格式。原子间的相互作用势用Morse势,其参数用最近邻相互作用近似获得。