Mg-Al合金拉伸与疲劳变形的分子动力学模拟

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1、硕士学位论文Mg-Al合金拉伸与疲劳变形的分子动力学模拟TENSILEANDFATIGUEDEFORMATIONOFMG-ALALLOYUSINGMOLECULARDYNAMICSSIMULATIONS方志豪哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O347学校代码：10213国际图书分类号：531.1密级：公开工学硕士学位论文Mg-Al合金拉伸与疲劳变形的分子动力学模拟硕士研究生：方志豪导师：甄玉宝教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O347U.D.C:

2、531.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTENSILEANDFATIGUEDEFORMATIONOFMG-ALALLOYUSINGMOLECULARDYNAMICSSIMULATIONSCandidate：FangZhihaoSupervisor：Prof.YubaoZhenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：J

3、une,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要金属Mg和Al都是重要的结构材料，Mg-Al合金有着许多优良的性能，被广泛地应用于各个领域。本文采用分子动力学模拟方法，采用Mg-Al合金的嵌入式原子势，研究了理想多晶体在拉伸荷载下的变形行为，研究了含初始点缺陷和初始面缺陷的多晶体在疲劳荷载下的变形行为。建立了沿[0001]晶向拉伸的分子动力学模型，探究了平均晶粒尺寸（6.6nm，4.9nm，4nm）对拉伸变形的影响。结果表明：拉伸变形都经历弹性阶段-屈服阶段-塑性阶段，

4、起始塑性变形的应变约为0.05。平均晶粒尺寸越小，结构的屈服强度越大，符合纳米尺度下的反霍尔-佩奇现象。建立了沿[0001]晶向施加循环荷载的分子动力学模型。用总能量和位错密度来研究Mg-Al合金的疲劳变形的特性。研究发现：在循环过程中，位错以1/3<1-100>型为主，晶粒大小对循环软化的影响不大。乱序原子和位错密度的竞争主导了体系的循环特性。体系在循环荷载下越稳定，疲劳寿命可能越高。晶粒越大，多晶体的疲劳寿命越长。对于含缺陷的模型，研究发现：缺陷在受到外力作用下，会激发孔洞和微裂纹，体系的疲劳强度下降，疲劳寿命因此减少。相比于点缺陷，面缺陷更加显著地影响

5、材料的疲劳强度和循环特性。有面缺陷的Mg-Al合金几乎不经历循环硬化，只有循环软化。关键词：分子动力学；Mg-Al合金；拉伸；低周循环；位错；能量；缺陷IAbstractAbstractMagnesiumandaluminummetalsareimportantstructuralmaterialstoday.Mg-Alalloyiswidelyusedinvariousfields.Inthispaper,themoleculardynamicssimulationmethodwasadoptedtostudytheplasticdeformationbe

6、haviorofanidealpolycrystallineundertensileloadingandthedeformationofpolycrystallinewithpointdefectandsurfacedefectunderfatigueloading,usingtheembeddedatomicpotentialofMg-Alalloy.Modeloftensiledeformationwithtensiledirectionalong[0001]wasestablishedandtheinfluenceoftheaveragegrainsi

7、ze(6.6nm,4.9nm,4nm)onthetensiledeformationwasinvestigated.Theresultsshowthatthetensiledeformationundergoestheelasticstage-yieldingstage-plasticstage,andtheinitialplasticdeformationstrainisabout0.05.Thesmallertheaveragegrainsize,thegreatertheyieldstrengthofthestructure,whichisconsis

8、tentwiththeanti-Hall-Petch