晶體相場(chǎng)方法模擬裂紋擴(kuò)展中的脆韌轉(zhuǎn)變.pdf

1、材料微觀組織的變化會(huì)引起材料的變形，空位、位錯(cuò)、晶界和微裂紋等都可以導(dǎo)致材料的破壞。晶體材料表現(xiàn)出延性或脆性斷裂行為，滑移位錯(cuò)受到了阻礙，局部應(yīng)力會(huì)超過(guò)材料的結(jié)合強(qiáng)度，從而導(dǎo)致斷裂。研究微觀裂紋的擴(kuò)展在工程實(shí)踐上更有重要的實(shí)際意義。目前，隨著材料科學(xué)的發(fā)展以及科學(xué)計(jì)算方法的不斷優(yōu)化，利用計(jì)算機(jī)模擬研究材料性能和微觀結(jié)構(gòu)演化已成為大趨勢(shì)，給研究裂紋擴(kuò)展過(guò)程中脆韌轉(zhuǎn)變帶來(lái)了新的方法。研究微裂紋的擴(kuò)展過(guò)程中的脆韌轉(zhuǎn)變對(duì)材料的安全使用至關(guān)重要。

2、采用在模擬微觀結(jié)構(gòu)上頗具優(yōu)勢(shì)的晶體相場(chǎng)法(PFC)，研究納米尺度裂紋起裂與擴(kuò)展行為，考慮熱力學(xué)參數(shù)對(duì)裂紋的影響，研究不同尺寸以及不同拉應(yīng)變條件下的材料裂紋分裂和連通，可以更好地研究材料裂紋擴(kuò)展的脆韌轉(zhuǎn)變性能與機(jī)理。本文的主要成果如下:
　　1.等位移條件作用下，樣品在沿Y軸施加拉應(yīng)變過(guò)程中，裂紋呈現(xiàn)擴(kuò)展-鈍化-擴(kuò)展的轉(zhuǎn)向特征，通過(guò)主次原子所在的晶格面的原子鍵之間的相互斷裂，裂尖擴(kuò)展緩慢進(jìn)行。但是當(dāng)拉應(yīng)力作用引起裂尖應(yīng)變過(guò)大時(shí)，某個(gè)

3、固定原子排列方向的原子鍵會(huì)發(fā)生斷裂，導(dǎo)致顯著的解理斷裂。
　　2.隨著拉應(yīng)變的不斷增大，裂紋尖端有個(gè)穩(wěn)態(tài)的鈍化過(guò)程。只有當(dāng)原子鍵斷裂時(shí)，才會(huì)驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展。施加11％拉應(yīng)變時(shí)，位錯(cuò)滑移軌道上產(chǎn)生多個(gè)空洞，空洞逐漸生長(zhǎng)慢慢擴(kuò)大，以致連通，繼而形成裂紋。施加13％拉應(yīng)變時(shí)，裂紋前端的塑性區(qū)，通過(guò)發(fā)射位錯(cuò)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起塑性變形，裂紋作韌性擴(kuò)展，位錯(cuò)發(fā)射形成滑移臺(tái)階。
　　3.等位移條件作用下，在一定裂口大小范圍內(nèi)，裂紋呈韌性起裂機(jī)制