基于分子动力学的铜铅合金拉伸变形特性的研究.pdf

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1、硕士学位论文基于分子动力学的铜铅合金拉伸变形特性的研究RESEARCHONTENSILEDEFORMATIONPROPERTYOFCu-PbALLOYBASEDONMOLECULARDYNAMICS韩浏淼哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH142.2学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文基于分子动力学的铜铅合金拉伸变形特性的研究硕士研究生：韩浏淼导师：李建广教授申请学位：工学硕士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH

2、142.2U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTENSILEDEFORMATIONPROPERTYOFCu-PbALLOYBASEDONMOLECULARDYNAMICSCandidate：HanLiumiaoSupervisor：Prof.LiJianguangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffiliation：

3、SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着微机电系统向纳机电系统过渡，系统中器件尺寸逐渐逼近纳米级，器件材料表现出和宏观材料不同的特性。铜铅合金由于良好的自润滑性能和减磨性常用于轴承上，当轴承承受较大的机械载荷时其工作表面发生变形使得轴承精度降低，从而影响机电系统的运动精度和平稳性。本文通过研究纳米级铜铅合金变形特性，为纳机电系统中轴承的

4、性能强化和失效预防提供技术支持。首先，本文基于分子动力学理论，采用Voronoi法建立铜铅合金仿真模型，选择嵌入原子势描述铜铅合金原子间相互作用，通过弹性常数和结合能的仿真值与实验值的对比验证了所选嵌入式势函数的准确性。其次，通过LAMMPS仿真平台对铜铅合金模型充分弛豫和施加拉伸载荷。弛豫结果表明铅原子使得模型晶界剪应力降低、晶界势能升高、晶界CSP值增加，且随着铅原子比例的增加，不同晶界结构的剪应力和势能呈线性变化。拉伸结果表明，不同铅原子比例的铜铅合金在拉伸过程中的裂纹扩展存在方向差异。铅原子比例的增加使得铜铅合金弹性模量减小、极限强度先减小后增

5、加，铅原子的增多能明显抑制晶粒内部位错层。拉伸过程中晶界和晶粒的势能变化曲线完全不同，晶界在拉伸变形中起主要作用。最后，对含有预制孔缺陷的铜铅合金进行拉伸仿真，研究了孔缺陷位置、半径和数量对铜铅合金变形特性的影响。仿真结果表明不同位置孔缺陷均导致拉伸过程中应力下降和位错层增多，孔缺陷位于晶粒的铜铅合金强度、势能高于孔缺陷位于晶界的铜铅合金。位于晶界的孔缺陷半径和数量的增加在塑性变形和裂纹扩展阶段均使得铜铅合金强度下降；位于晶粒内部的孔缺陷半径和数量的增加在塑性变形阶段使得铜铅合金强度下降，而晶粒内部孔数量的增加在裂纹扩展后期由于位错塞积作用使得铜铅合金

6、强度升高。关键词：分子动力学；多晶体；铜铅合金；变形机理；孔缺陷-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththetransitionofMEMS(micro-electromechanicalsystems)toNEMS(nano-electromechanicalsystems),thedevicesizegraduallyreachesthenanometerscale,showingdifferentcharacteristicsfrommacroscopicmaterials.Cu-Pballoysareoftenusedin

7、bearingsbecauseoftheexcellentwear-resistingandself-lubricatingproperty.WhentheCu-Pballoysbearheaviermechanicalloads,theworkingsurfaceofthebearingswoulddeforms,resultingadecreaseofthemovementprecisionandstabilityofthesystem.DuetolackofdeformationcharacteristicsofCu-Pballoysatnano

8、scale,materialinstabilityandfailureproblemsaren