不同温度下纳米单晶铜杆拉伸的分子动力学模拟

研究对不同温度下的纳米单晶铜杆的拉伸过程进行仿真模拟。模拟应用了分子动力学方法,所用势函数为镶嵌原子势(EAM),时间积分为Verlet速度算法,对构件的温度控制用速度标定法。对弛豫阶段在不同温度时的能量演化做了详细分析,采用对端面原子直接加力的方法施加外载荷进行拉伸模拟。根据模拟结果,对在不同温度下纳米单晶铜杆的应力-应变关系,温度对纳米单晶铜杆的破坏应力及弹性模量的影响等进行了分析和解释。     

单晶铝孔洞生长的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟不同晶向单轴加载过程中,单晶铝中微纳米孔洞(约1.6 nm)的生长及周围区域的变形过程。为研究晶向对孔洞生长的影响,对具有相同初始孔洞体积分数的两个晶向进行拉伸加载,并对不同温度影响进行研究。结果表明:A晶向(x-[100],y-[010],z-[001])的形变机制主要是{111}晶面部分位错引起的堆垛层错,B晶向(x-[-110],y-[111],z-[11-2])主要是位错的移动与堆积;B晶向比A晶向的位错成核应力大;B晶向屈服应力比A晶向对温度敏感。     

α-Fe和Ni纳米丝单向拉伸过程的分子动力学模拟

基于镶嵌原子法描述金属晶体原子间作用,分别以α-Fe和Ni为例,采用分子动力学方法研究了面心立方晶格(FCC)和体心立方晶格(BCC)纳米金属丝单向拉伸过程的力学行为和性能。分析了纳米尺度下两种典型金属丝的拉伸变形破坏过程和纳米晶体破坏过程中的本构关系,讨论了自由表面对纳米材料力学行为和性能的影响。研究得到两种纳米金属丝的弹性模量、屈服强度和断裂强度。BCC金属纳米丝由于比表面积更大,拉伸屈服阶段比FCC金属更明显,初始应力更高,表面效应对初始弹性模量的软化作用更大。     

BCC和FCC三维纳米单晶固体的拉伸剪切破坏

建立原子尺度模拟三维立方晶格纳米单晶金属固体力学行为的物理模型,基于修正的镶嵌原子势,采用分子动力学方法分析面心立方晶格(FCC)镍和体心立方晶格(BCC)α-铁三维纳米单晶固体在拉伸和剪切载荷作用下的变形破坏,得到两种不同立方晶格三维纳米单晶固体的力学性能,与实验现象和结果吻合。研究表明晶格结构影响纳米晶固体的拉伸变形机制,FCC纳米单晶固体的拉伸变形以定向滑移为主,拉伸破坏存在短暂屈服阶段,有明显弹性模量软化现象;BCC纳米单晶固体的拉伸变形出现原子堆垛,存在较长屈服阶段,延性高于FCC纳米固体,而弹性模量小于后者。FCC纳米单晶固体的剪切模量小于拉伸模量,剪切强度小于拉伸强度,BCC纳米固体则相反。     

单晶铝裂纹扩展机制的分子动力学研究

运用分子动力学方法,模拟原子尺寸下中心和边缘裂纹模型的裂纹扩展的微观机理以及温度对裂纹扩展的影响,以单晶铝作为研究对象,采用EMA势计算原子之间的相互作用。模拟结果表明,低温时边缘裂纹模型的屈服应力大于中心裂纹的屈服应力,随着温度的升高,中心裂纹的屈服应力大于边缘裂纹的屈服应力。     

REBO模型的平衡态分子动力学模拟

为了得到合适的"计算机实验"的"试样"进行固体炸药冲击起爆现象的分子动力学研究,对REBO模型进行了NVE,NVT两种平衡态分子动力学模拟;作为对比,同时还进行了不施加任何人工干预,系统的演化完全由运动方程驱动的分子动力学模拟,讨论了根据对"试样"的不同要求选择适当模拟方法的原则.     

单晶超合金DD3的拉伸断裂行为

采用ＳＥＭ、ＴＥＭ等分析手段，研究了单晶超合金ＤＤ３在低应变速率下的拉伸行为。结果表明：单晶超合金ＤＤ３在拉伸过程中，滑移具有强烈择优性；宏观断口都比较平坦，但在微观上均呈现塑断特征；拉伸变形时位错对切割γ′粒子是其主要的变形机制。     

腐蚀损伤处微裂纹成核的分子动力学模拟

针对环境作用下结构表面微裂纹在腐蚀损伤处成核过程的复杂性和在结构寿命评估中的重要性,从微观角度出发,采用分子动力学方法并结合速度Verlet算法,通过求解原子间的作用力和速度,对广泛用于工程结构的单晶铝板,在外界载荷作用下腐蚀损伤处微裂纹成核过程进行模拟。结果表明:随着加载步的增加,模型中的原子先偏离理想晶格位置,随着加载继续进行,腐蚀坑底部原子键开始断裂,在45°的方向萌生出两条微裂纹。     

晶界对双晶镁裂纹扩展影响的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法对纳米双晶镁裂纹扩展的微观机制进行研究和分析,用EAM势描述镁原子之间的相互作用。结果表明:在拉伸载荷下,随着旋转界面角的增大,晶界由离散点状变为线状且晶界能量变大;裂纹扩展从裂纹尖端开始,经历"锐化-钝化-锐化"的循环变化过程;在界面角较大时,由于晶界的存在使其对裂纹扩展起到阻碍作用,裂纹扩展速率减小。因此,从理论上讲可通过将晶粒旋转合适的角度来提高有裂纹缺陷的双晶镁材料的韧性。     

分子动力学模拟在裂纹萌生和扩展中的研究进展

介绍了分子动力学模拟的基本原理和算法 ,综述了裂纹萌生和扩展的分子动力学模拟的国内外研究进展情况 ,并探讨了裂纹萌生和扩展的分子动力学模拟发展方向     

7A52铝合金双丝MIG焊接温度场数值模拟

采用ANSYS的"生死"单元技术,对7A52铝合金双丝MIG焊接的热过程进行数值模拟。实现多层焊中焊缝填充的动态过程,与真实试验过程完全吻合。结果表明,7A52铝合金双丝MIG焊接过程中,焊点处的峰值温度可达到837℃。     

腐蚀环境中铝合金材料力学性能退化研究

针对金属材料在服役环境中由于环境介质作用而使其力学性能降低这一问题,采用元胞自动机方法对航空工程结构中的铝合金材料,在不同环境条件下的腐蚀损伤演化过程进行模拟,得到铝合金表面腐蚀损伤的形成及演化过程;最后结合计算机图形图像处理技术,对铝合金腐蚀损伤元胞自动机模拟结果进行腐蚀图像特征提取及有限元分析,得到了材料表面腐蚀损伤周围的应力分布和结构的最大承载力。     

冲击作用下CL-20含能共晶的反应分子动力学模拟

共晶技术是降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)感度的有效方法之一,研究冲击作用下CL-20共晶的化学反应,有助于理解CL-20共晶的冲击反应机制,对炸药安全评价分析具有重要意义。本研究采用ReaxFF-lg反应力场的分子动力学方法,同时结合非平衡加载方法,对CL-20/2,5-二硝基甲苯(DNT)、CL-20/1,3-二硝基苯(DNB)和CL-20/1-甲基-3,5-二硝基-1,2,4-三唑(MDNT)三种共晶在2～5 km·s^-1冲击速度下的冲击压缩过程进行了分子动力学模拟,获得了含能共晶在冲击作用后的热力学演化特征、初始化学反应路径和产物信息,并与CL-20的情况进行了对比分析。研究发现：CL-20/DNT、CL-20/DNB和CL-20/MDNT 3种共晶都有一定程度的降低冲击感度作用,3种共晶的冲击感度顺序依次为CL-20/MDNT>CL-20/DNB>CL-20/DNT。3种共晶的分解反应均是从CL-20分解开始,且CL-20的分解速度比DNT、DNB和MDNT快。在2 km·s^-1冲击速度下,CL-20共晶首先发生聚...     

三类炸药晶体冲击引发分解机理的从头算分子动力学研究

运用从头算分子动力学和多尺度冲击相结合的方法,对三类典型炸药晶体奥克托今（ HMX）、1,3,5-三氨基2,4,6-三硝基苯（ TATB）和太安（ PETN）实施冲击加载下的模拟研究。结果表明,HMX中的N-O键、TATB中的N-O键以及PETN中的C-O键优先断裂。随着时间推移,他们体系中电子离域性增加;价带和导带间的带隙逐渐减小;接着开始出现金属态并不断变多。在冲击加载下,TATB、HMX和PETN晶体引发断裂化学键所需时间依次减小的顺序,恰与它们冲击波感度依次增大的实验顺序相一致。这表明,它们的结构和引发分解机理与冲击波感度之间有规律性联系。