晶体缺陷对金属涂层阻尼性能影响的分子动力学研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文晶体缺陷对金属涂层阻尼性能影响的分子动力学研究作者姓名：指导教师：申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：查英英巴德纯教授杜广煜副教授东北大学机械工程与自动化学院硕士学科类别：专业学位机械工程2014年6月论文答辩日期：2014年6月学位授予日期：2014年7月答辩委员会主席：评阅人仰拍始穆弘『万方数据Moleculardynamicsresearchfortheeffectoflatticedefectsonthedampingcapacitiesofmetalliccoatings一‘^一。‘。byChaYingYingS

2、upervisor：ProfessorBaDeChunandAssociateProfessorDuGuangyuDepartment：MechanicalEngineeringandAutomationMajor：MechanicalEngineeringNortheasternUniversityJune2014万方数据感谢：国家自然科学基金项目(编号：51005043)中央高校基本科研业务费专项资金项目(编号：N130403012)对本课题的大力资助万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的

3、地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均在论文中作了明确的说明并表示谢．盘思。学位论文作者签名：矾蔹日期：)一o，斗凳；日“日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口--匀Erl一年半口两年酉学位论文作者签名：莲

4、臻豫导师签名：老舢签字日期：知中擘6目为旦签字日期：幽，中．易．7—7万方数据东北大学硕士学位论文摘要金属及陶瓷涂层材料具有很好的强度和优异的隔热性能，作为热障和抗腐蚀涂层结构已经广泛应用于航空航天领域。近年来研究发现这种硬涂层同时具有良好的阻尼性能，能吸收一部分振动能量降低振动应力从而降低发动机某些零部件发生振动损伤故障的可能性，涂层阻尼性能与其内部微观结构特别是涂层材料内微观缺陷息息相关。目前，无机涂层材料所表现出来的耗能减振机理还没有得到完善的解释，其阻尼机制也尚未定论。因此本文从微观角度出发，通过分子动力学方法研究几种常见晶体缺陷模型在外载荷作用下其对

5、外载荷能量耗散本领，并通过缺陷原子运动情况对它们消耗能量的内在机理进行解释。以金属铜为例开展了包括无初始缺陷、内含空位、内嵌位错、含双晶结构及内嵌微裂纹在内的五种晶体结构分子动力学建模，并通过共轭梯度能量最小化算法得到这几种模型的平衡构型。通过对各模型的拉伸加载与卸载的分子动力学模拟，研究了引起能量耗散的几种微观结构行为：如初始位错作为位错的发射源，导致从初始位错附近开始的位错线增殖并向两端发射；微裂纹附近应力集中发射位错；位错通过空位实现位错攀爬和滑移以及晶界附近的位错堆积并引起晶界坍塌等。结果表明材料中的缺陷能增加材料消耗外载荷能量的能力，这些含晶体缺陷材

6、料的耗能方式主要是通过发射位错及其他类型缺陷与位错间相互作用实现的，位错与晶界是材料主要的耗能方式。另外通过对实际制备出的铜涂层材料的原位加载卸载的扫描电镜分析，发现实际材料中不仅存在大小不同分布无规则的孔隙及其它缺陷，还发现加载过程中这些缺陷附近较容易发射微裂纹从而消耗外载荷能量。研究结果表明材料中的初始缺陷主要通III万方数据东北大学硕士学位论文摘要过促进材料的塑性变形进而消耗能量。关键词：金属涂层：阻尼性能；耗能机理；应变能密度；分子动力学IV万方数据东北大学硕士学位论文AbstractAsthermalbarriercoatingsandcorrosi

7、on—resistantstructures，inorganiccoatingshavebeenwidelyusedintheaerospacefieldwiththeirgoodstrengthandexcellentinsulationproperties．Inrecentyears，experimentalstudiessuggestedthathardcoatingsalsoexhibitgooddampingcapacitiesduetotheirmicrostructurewhichconsistsofmicroscopicdefectsandca

8、nabsorbvibrationene