金属材料形变与强化机制的分子动力学研究中国力学学会.ppt

原子弛豫对位移场的影响 * * 金属材料形变与强化机制的分子动力学研究 北京交通大学工程力学研究所 郭雅芳 力学学会青年学术沙龙 2006-9-27 裂尖形变机制的分子动力学模拟 镍基单晶高温合金沉淀强化机制研究 位错形核和运动 ( 韧脆转变 ) 形变孪晶 相变和新晶粒形核 原子-连续模型的尺寸行为 NiAl Fe 界面微结构 (MD) 蠕变和筏化机制 (MD+FE+…) 形状和尺寸以及体积分数的影响; 纳米尺寸效应行为(MD+FE+CM+…MMM) 金属材料强度和裂纹扩展行为与裂尖变形机制及微结构演化过程密切相关 位错形核和运动 形变孪晶 相变和新晶粒形核 铁中裂尖形变机制的分子动力学模拟 Abraham et al., PNAS MD 0.1KIC/300步 0.1KIC/800步 0.1KIC/4000步 KI=1.6KIC Brittle fracture in bcc-iron (a) {010} 101, KI=1.11KIC (b) {110} 101, KI=1.27KIC (c) {110} 001, KI=1.49KIC (d) {010} 001, KI=1.9KIC Anisotropy for cleavage fracture Stacking fault (SF) Twinning *Guo Y-F, Wang C-Y, Zhao D-L. Mater Sci Eng A, 2003,349(1-2):29 *Y-F Guo, C-Y Wang, Y-S Wang. Phil. Mag. Lett, 2004, 84(12):763 断裂理论基础, 范天佑著,科学出版社,2003,p360-366 Brittle to ductile transition KI=2.2KIC 5K 100K 200K 300K 铁中裂尖形变机制的分子动力学模拟 裂尖相变 相变和新晶粒 形核及生长机制 对裂纹扩展 影响 A:{100} 110 ; B:{110} 110 ; C:{111} 110 F-S N-body potential Get initial cracks according to continuum mechanics Relax the crack by MD Observe the structure evolution of the crack tip different loads different types of crack bcc-Iron fixed-displacement boundary condition 4000 steps 5×10-15s 37nm-37nm Plane strain condition Length of crack: 3.7nm procedure Anisotropic linear elastic continuum theory Displacement field u Initial crack G.C. Sih, H. Liebowitz (ed.), in Fracture: An Advanced Treatise (vol.2), Academic, New York, 1968, p67. Crack tip field for plane strain condition Structure evolution of the crack tip for different types of cracks A:{100} 110 crack B:{110} 110 crack C:{111} 110 crack KI = 1.9 KIC the stress-induced phase transformation or recrystallisation can only occurs at KI 〉1.8 KIC B: {110} 110 crack C: {111} 110 crack partial dislocations emission on successive planes bcc-hcp B: {110} 110 crack C: {111} 110