γ-TiAl单晶纳米杆拉伸变形的分子动力学研究

摘要

本文利用分子动力学(Molecular Dynamics，MD)方法对γ-TiAl单晶纳米杆的力学性能与变形机理做了研究，对其在不同拉伸方向、不同横截面积、不同温度情形下的力学性能和变形机理做了对比。 温度为300K，拉伸方向为[001]时，屈服应力及对应的屈服应变要大于[100]方向的结果。在[100]方向拉伸时，塑性形变机制为首先发生1/6[112](111)部分位错形成层错，随后部分位错1/6[211](111)和1/6[121](111)反应形成1/2[110](111)普通位错；而在[001]方向拉伸时，变形机制为1/6[121](111)部分位错首先开动，然后其他3种部分位错(1/6[112](111)，1/6[121](111)，1/6[112](111))陆续开动，四个部分位错反应最终形成[011](111)超位错；由于滑移系<121]{111}开动所需的能量(297mj/㎡)要高于滑移系<112]{111}开动所需的能量(197mj/㎡)，因而屈服应力较大。 横截面积变大，屈服应力也有提高，这可能是由于随着横截面积的增大，表面原子所占的比例减小，表面效应逐渐减弱，表面原子的活性对内部原子的影响不如小横截面积的试件显著，因而位错的开动与传播需要提供较大的外力。不同横截面变形机理未发现不同。 温度为300K时，屈服应力和屈服应变要大于500K时的值，这是因为温度升高后，原子的动能增加，原子从一个位置迁跃到另一个位置所需的外部能量要较低温时小，表现在应力应变曲线上即所需要的应力变小。在该两种温度下，变形机理一致。

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致谢

第一章 绪 论

1.1 γ-TiAl的晶体结构及基本特性

1.2 γ-TiAl基金属间化合物变形行为与位错运动的研究现状

1.3本文的研究意义、目的和内容

第二章分子动力学与后处理方法

2.1分子动力学方法

2.1.1 分子动力学方法的基本思想

2.1.2基本方程

2.2本文采用的分子动力学的相关细节

2.2.1本文采用的势函数

2.2.2本文采用的加载方式

2.2.3本文采用的相关软件

2.3后处理方法--对分析技术

2.4本章小结

第三章γ-TiAl单晶纳米杆在不同条件下拉伸变形的分子动力学研究

3.1 引言

3.2模拟过程与计算方法

3.2.1初始模型和模拟过程

3.2.2计算方法

3.3 工况1的计算结果与分析

3.3.1 工况1的计算结果

3.3.2变形机理的进一步分析

3.4 工况2的计算结果及分析

3.4.1工况2的计算结果

3.4.2变形机理的进一步分析

3.5工况3的计算结果与分析

3.5.1工况3的计算结果

3.5.2变形机理的进一步分析

3.6工况4的计算结果及分析

3.6.1 工况4的计算结果

3.6.2变形机理的进一步分析

3.7本章小结

第四章全文总结与展望

4.1本文工作的总结

4.2展望

参考文献