铁的冲击相变机制的分子动力学研究

 用分子动力学方法模拟计算了在冲击波加载条件下,单晶铁中的结构相变（由体心立方结构α相到六角密排结构ε相）,相互作用势采用铁的嵌入式原子势（EAM）,单晶铁样品的尺寸为28.7 nm×22.9 nm×22.9 nm,总原子数为1.28×10⁶个。通过推动一个运动活塞对静止靶的作用来产生冲击压缩,加载方向沿单晶铁的[100]晶向。通过对原子位置的追踪,揭示了铁的冲击相变机制,计算结果表明相变机制包括两步：首先是在{011}面上的原子受到沿〈100〉晶向的压缩,使{011}面转化成正六角形密排面;然后是在{011}面上原子沿〈0-11〉晶向的滑移,完成由bcc结构到hcp结构的相变。同时发现滑移面只出现在与冲击波加载方向平行的(011)和(0-11)面上。     

纳米多晶铁的冲击相变研究

利用分子动力学方法研究了不同晶粒度的纳米多晶铁在冲击压缩下的结构相变过程,模拟结果表明:纳米多晶铁的冲击结构相变(由体心立方(bcc)结构 α 相到六角密排(hcp)结构 ε 相)发生的临界冲击应力在15 GPa左右.纳米多晶铁在经过弹性压缩变形后,晶界导致的塑性变形开始发生,然后大多数相变从晶界成核并最终发展为大规模相变.不同变形过程在应力和粒子速度剖面上能得到清晰的体现,并通过微观原子结构分析分辨.冲击压缩后的微观结构以晶界原子和以fcc结构原子充当孪晶界的hcp原子为主.晶粒度明显影响晶界变形及相变 关键词： 冲击相变 纳米多晶铁 冲击波 分子动力学     

冲击波压缩下含纳米孔洞单晶铁的结构相变研究

利用分子动力学模拟方法对含纳米孔洞的单晶铁在冲击波压缩下的结构相变(由体心立方结构α到六角密排结构ε)进行了研究,单晶铁样品的尺寸为17.2nm×17.2nm×17.2nm，总原子数428341个，在样品的中央预置一个直径为1.12nm的孔洞，利用一活塞分别以350，500，1087m/s的速度撞击样品产生冲击波，对应的冲击波压缩应力分别为12，17，35GPa.撞击方向沿单晶铁的［100］晶向.计算结果表明，在冲击波压缩下，孔洞对铁中的相变起了诱导作用，伴随着孔洞的塌陷，相变首先出现在孔洞周围的(011)面和(011)面上，然后扩展到整个样品.通过分析冲击压缩下原子的位移历史，解释了相变的微观机制，发现孔洞周围的原子在{011}面上沿〈011〉晶向滑移，离孔洞中心距离越近的{011}面上的原子容易滑移，间隔一层的{011}面与相邻层原子的移动位移幅度不同，这种相对滑移导致出现了新的结构(hcp结构). 关键词： 相变 分子动力学 冲击波 纳米孔洞     

多孔铁冲击温度的分子动力学模拟

 采用Matsui和Anderson提出的Morse型有效原子对势及导带电子热激发能贡献，通过分子动力学方法（MD）对多孔铁的冲击温度进行了数值模拟。计算时，采用了在一定冲击压力下多孔铁样品已转变为均匀介质的近似。多孔铁冲击温度的模拟结果与经合理修正后的热力学计算结果相一致。这个结果表明：在一定的冲击压力下，多孔材料样品确实存在一个热力学平衡状态下的温度值。以上结论可能也适用于更高孔隙率的样品，当然这一观点还需要更多的实验结果给予证实。     

多形性相变的分子动力学模拟

 本文利用分子动力学方法研究了KCl晶体在ρ＝ρ₀时的温度相变。面心立方（fcc）和体心立方（bcc）两种结构的径向分布函数随温度的变化的情况说明，在高压下，发生着bcc结构相fcc结构的转变，bcc结构是不稳定的。为了选取合理的势参数，利用了分子动力学程序在T＝0时的性质，计算了NaCl和KCl晶体的零温状态方程，研究了它们在压力作用下发生的多形性相变。计算表明，NaCl和KCl晶体将分别于18.8 GPa和5.9 GPa发生从fcc到bcc的多形性相变，这些值相当接近实验结果。着说明本文选用的势参数势有一定精度的。     

面心立方铁纳米粒子的相变与并合行为的分子动力学研究

本文采用分子动力学模拟结合Finnis-Sinclair多体势研究了面心立方铁纳米粒子在加温过程中的相变与并合行为. 模拟结果表明: 纳米粒子在熔化之前均发生了由面心立方至体心立方的马氏体相变; 大小相等的两纳米粒子在并合之前发生了相对转动; 而大小不等的两纳米粒子在并合过程中并未出现转动, 小纳米粒子倾向于吸附在大纳米粒子上, 并随着温度的升高而熔化, 最终形成更大的纳米粒子. 关键词： 纳米粒子 相变 并合 分子动力学     

高密度氦相变的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合对关联函数分析计算了0–1000 K范围内氦的固–液相变曲线, 与实验数据的对比显示, 在0–500 K之间与实验数据符合很好, 500 K以上还没有相应的实验数据. 另外, 计算了钛金属中不同尺寸氦泡的压强, 并与高密度氦的固–液相变曲线进行了对比. 结果显示, 在低温条件下, 随着温度的降低, 钛晶体中可能会出现固态氦泡; 在300 K以上不会存在固态氦泡.     

应力诱发NiAl单晶马氏体相变的分子动力学模拟

利用嵌入原子势（EAM）,对NiAl单晶在外应力作用下的动态拉伸过程进行了分子动力学模拟.应力-应变曲线分析以及原子构型分析表明外应力诱发NiAl合金发生了马氏体相变,原子结构由B2相转变为L1₀相.通过研究原子构型的演化过程,发现马氏体相变是通过多个{110}孪晶面的扩展和湮灭作用来完成的.同时探讨了马氏体相变的微观机理. 关键词： 马氏体相变 NiAl 分子动力学模拟     

液态合金NiAl凝固过程中微观结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对液态NiAl凝固过程进行了研究 ,考察了不同冷却速度下液态NiAl结构变化特点 ,原子间相互作用势采用F S多体势 ,结构分析采用键取向序和对分析技术 .计算结果表明 ,冷却速度对液态NiAl结构转变有重要影响 ,在不同的冷却速度下 ,NiAl凝固过程出现了明显不同 ,冷速为 4× 10 13 和4× 10 12 K/s时 ,NiAl快速凝固为无序的非晶体结构 ;而在较慢的 8× 10 11K/s冷速下 ,NiAl凝固为晶态结构 .给出了不同冷却速度下液态NiAl结构转变的微观信息 .     

强激光辐照下孔洞尺寸对铁相变过程的影响

利用分子动力学模拟研究了完美单晶铁以及含不同尺寸孔洞的单晶铁相变过程,分析了孔洞尺寸对相变过程的影响。模拟结果表明：孔洞的存在降低了相变的阈值应力,加速了相变区域成核速率和相变传播速率;随着孔洞直径的增大,相变的阈值应力逐渐降低;孔洞也改变了相变的初始成核区域,使相变区域呈现出一个蝴蝶状的形貌;孔洞反射的稀疏波对相变成核区域的影响随孔洞体积增大而增大,导致孔洞周围出现大量的无序结构原子;孔洞体积对相变的影响也体现在了粒子速度空间分布上,压缩过程中孔洞周围出现的大量“热点”导致了更低的粒子速度空间分布。     

强激光辐照下孔洞尺寸对铁相变过程的影响

 利用分子动力学模拟研究了完美单晶铁以及含不同尺寸孔洞的单晶铁相变过程,分析了孔洞尺寸对相变过程的影响。模拟结果表明：孔洞的存在降低了相变的阈值应力,加速了相变区域成核速率和相变传播速率;随着孔洞直径的增大,相变的阈值应力逐渐降低;孔洞也改变了相变的初始成核区域,使相变区域呈现出一个蝴蝶状的形貌;孔洞反射的稀疏波对相变成核区域的影响随孔洞体积增大而增大,导致孔洞周围出现大量的无序结构原子;孔洞体积对相变的影响也体现在了粒子速度空间分布上,压缩过程中孔洞周围出现的大量“热点”导致了更低的粒子速度空间分布。     

利用分子动力学方法铁素体-渗碳体相界面效应探究

珠光体是十分重要的组织结构,因此本文构建了含铁素体-渗碳体相界面的模型,并采用分子动力学模拟方法模拟纳米压入的过程。通过对模拟结果的力学性能和组织结构分析,探究了铁素体-渗碳体相界面效应。研究发现,距铁素体-渗碳体晶界不同距离（位置压入）,在压入最初阶段,压头载荷随着压头与晶界距离的增大而增大,当压入深度达到一定深度后,载荷随着距离的增大而减小。杨氏模量和最大剪切模量受压头尖端下方原子结构的直接影响,硬度受到结构完整性和类型的共同影响。铁素体-渗碳体相界面影响了纳米压入过程中位错形核、增殖和扩展,宏观表现为在相同压入深度下,不同压入位置压头载荷的差异。     

Cu87团簇在升温与急冷过程中结构变化的原子尺度模拟

本文采用基于嵌入原子法的正则系综分子动力学方法在原子尺度上计算了包含87个原子的Cu87金属团簇在连续升温和急冷降温时的结构演化过程。根据原子平均势能、对分布函数、原子堆积结构和主要原子键对数目随温度的变化表明,温度的不同极大地影响团簇内的原子堆积结构。在升温过程中,随着温度的升高,团簇内原子堆积结构出现由密排六方、二十面体直到无序堆积的变化。在急冷降温过程中,随着急冷温度的降低,团簇内由出现的一定数量的二十面体和面心立方的局域结构、数量不一的HCP,FCC和二十面体局域结构,直到急冷温度较低时的一定数量的二十面体局域结构。     

纳米铜团簇凝结规律的分子动力学研究

采用分子动力学方法对包含147，309和561个原子数的液态纳米铜团簇凝结过程进行模拟研 究，结果表明降温速率及团簇原子数对凝结得到常温下的固态团簇结构有重要影响：在模拟 时间内，降温速度越慢，团簇原子数越少，凝结得到铜团簇越倾向生成二十面体结构，反之 则倾向生成面心立方结构.同时探讨了该现象的物理机理. 关键词： 铜团簇 凝结 结构 分子动力学     

Surface diffusion of Si,Ge and C adatoms on Si （001） substrate studied the molecular dynamics simulation

Depositions of Si, Ge and C atoms onto a preliminary Si (001) substrate at different temperatures are investigated by using the molecular dynamics method. The mechanism of atomic self-assembling occurring locally on the flat terraces between steps is suggested. Diffusion and arrangement patterns of adatoms at different temperatures are observed. At 900 K, the deposited atoms are more likely to form dimers in the perpendicular [110] direction due to the more favourable movement along the perpendicular [110] direction. C adatoms are more likely to break or reconstruct the dimers on the substrate surface and have larger diffusion distances than Ge and Si adatoms. Exchange between C adatoms and substrate atoms are obvious and the epitaxial thickness is small. Total potential energies of adatoms and substrate atoms involved in the simulation cell are computed. When a newly arrived adatom reaches the stable position, the potential energy of the system will decrease and the curves turns into a ladder-like shape. It is found that C adatoms can lead to more reduction of the system energy and the potential energy of the system will increase as temperature increases.     

Atomistic investigation of phase transition in solid argon induced by shock wave transmission

A molecular dynamics (MD) simulation is employed to study the phase transition process in argon induced by shock wave transmission. Deriving the relation between the shock and piston velocities, the theoretical equation of state for argon is presented. Also, argon equation of state is obtained by measuring the quantities directly from simulations to be able to detect the phase transitions. The phase transition is also detected by using argon phase diagram and free energy calculations. A comparison shows good agreement between the theoretical and MD results for the phase transitions. Based on these simulations, it is concluded that under a shock wave transmission with suitable energy, the solid argon experiences a phase transition from solid to liquid and another from liquid to supercritical fluid. By reflecting the shock wave back at the end of its passage, the whole argon may reach the supercritical state.