cult46gtzrlt54gt非晶合金剪切带分子动力学模拟及孔洞对剪切带的影响

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1、山东人学硕+学何论文摘要非晶合金具有强度高、弹性极限高、比强度高等特殊的力学性能。然而，非晶合金的变形机理与晶体材料不同。当非晶合金受载超过一定限度时，剪切带形核并扩展。由于它缺少类似于晶体材料中的位错等缺陷来改变和吸收局部集中的形变，塑性变形往往集中在剪切带内。剪切带内的塑性变形超过临界值时，材料失效，但材料的其它区域仍处在弹性变形阶段，使得非晶合金的宏观塑性较差。剪切带的形成机理被普遍认为与非晶合金的特殊的原子结构密切相关，但目前尚未完全理解，且无法对剪切带的形成进行预测。本文通过分子动力学方法模拟Cu4

2、钇I"54非晶合金中剪切带的形成和扩展。在不同冷却速率和压力下，模拟出一系列Cu46Zrs4非晶合金试样，并对它们进行单向压缩和压痕测试。通过分析不同试样的热力学量、径向分布函数和HA键型指数，初步掌握了冷却速率和压力对微观原子结构和力学性能的影响。并且，通过对局部剪切应变的可视化表征出Cu46Zr54非晶合金在外加载荷作用下剪切带的形成和扩展。在较低的冷却速率下得到的Cu4钇r54非晶合金具有更致密的原子结构，而且分步变速冷却方法是模拟中获得低冷却速率的有效手段。在单向压缩过程中，在低冷却速率下获得的样品容

3、易形成大型的剪切带，而在高冷却速率下获得的样品只形成一些均匀散布的剪切变形区域，并无连续的剪切带形成。压力在非晶合金形成时对非晶合金的原子结构具有双重影响：高的压力有助于非晶合金中自由体积的减少，同时又抑制了原子的长程扩散。非晶合金体系的微观原子结构决定着能否形成剪切带以及引发剪切带所需的外部载荷的大小；局部应力场的分布主导着剪切变形区域和剪切带的形成位置与扩展方向；非晶合金中原子热涨落的幅度决定着原子的移动性，影响塑性变形的集中程度及其宏观力学性能。非晶合金随着剪切带的形成而发生剪切软化现象，不同的非晶合金

4、表现出不一样的塑性变形行为。山东人学硕士学位论文对多孔非晶合金的模拟表明，孔洞的存在可以提高非晶合金的塑性和蠕变强度。在外加载荷作用时，孔洞垂直于外力方向的两端成为应力集中的区域，诱发了多剪切带的形成。不同孔隙率的非晶合金存在着不同的变形模式。低孔隙率的j}磊合金在单项压缩时只沿着一条主剪切带滑移直至失效。恧孔隙率相对较高的非晶合金先后沿着多条不同的剪切带滑移。剪切带中的孔洞随着塑性变形的增加丽逐渐湮灭。在多条剪切带存在的情况下，j}晶合金内的不同区域沿着两条剪切带相向滑移，并发生碰撞导致剪切带的停滞。孔洞的

5、湮灭和剪切带的停滞都伴随着新的结合区域的产生，使褥菲晶合金的蠕变强度增翻。关键词：非晶合金；分子动力学；剪切带；局部剪应变；多孔非晶合金ll山东人学硕+学位论文ABSTRACTMetallicglasseshavespecialmechanicalpropertysuchashighyieldingstrength，highelasticlimits，andsuperiorstrength／weightratio，isapotentialhigh—performanceengineeringmaterial．

6、However，theplasticdeformationofmetallicglassesisusuallylocalizedintoseveralmajorshearbands，leadingtocatastrophicfailurewithlittleductility．Althoughseveraltheorieslikefreevolumetheoryandsheartransformationzonetheoryhavebeendeveloped，themechanismofshearbandsf

7、ormationandpropagationhasnotbeenfullyunderstand．Thedifficultyofunderstandingshearbandsinmetallicglassesislargelyattributedtoitsuniqueatomicstructure．Inthiswork，westudytheshearbandsformationandpropagationinCu46Zr54metallicglasseswithmoleculardynamicssimulati

8、on．Aseriesofsamplesaresimulatedbyquenchingthematdifferentcoolingratesandpressure．Then，compressionandindentationsimulationsareperformedondifferentCu46Zr54metallicglasssamples．Theeffectsofcoolingrateandp