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单晶Cu纳米压痕的分子动力学模拟

高宇  
【摘要】:研究纳米晶体的力学性能,尤其是测量其强度并揭示晶体的变形行为具有重要的理论和实际应用价值。本文用分子动力学模拟了单晶Cu(sc-Cu)的纳米压痕加载过程,对模拟结果进行了对比分析。 本文第一章首先介绍了纳米晶金属变形及力学行为的研究现状,列举了分子动力学模拟纳米压痕的近期国内外研究成果,尤其是单晶Cu纳米压痕分子动力学方面的成果。 第二章介绍了分子动力学的基本原理,讨论了势函数的选择,以及时间步长,原子应力的计算方法等模拟细节,简要描述了模拟方法。之后重点讨论了不同基体尺寸、不同加载速度和不同温度对纳米压痕测量单晶Cu力学性能的影响,结果表明:在加载过程中,随着基体尺寸增大,Cu基体的塑性临界荷载增大,塑性临界压深增大,弹性模量变小;随着压头加载速度增大(5.7m/s~20m/s), Cu基体的塑性临界载荷增大,塑性临界压深增大,测得的弹性模量无明显变化;随着温度升高(5K~400K), Cu基体的塑性临界载荷减小,塑性临界压深呈下降变化,测得的弹性模量无明显变化。 第三章着重对比了不同晶向下基体的微观变形机制,发现[100][010][001]晶向和[111][112][110]晶向的变形机制主要为晶面滑移产生位错形核,而[100][011][011]晶向的变形机制为先因为滑移而产生了小部分位错,之后随着继续加载而在机体内出现孪晶。


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