双晶铜的冲击诱导变形和分裂失败与纳米尺度的气泡通过分子动力学模拟

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机械工程 机械工程
• 计算物理 计算物理

背景情况:

• 纳米晶体材料容易受到辐射损伤,形成 (He) 气泡.
• 粒度边界 (GBs) 显著影响材料变形和故障机制.
• 在动态负载下理解He气泡和GB相互作用对于材料设计至关重要.

研究的目的:

• 为了调查纳米级He气泡和GBs在铜的冲击诱导变形和拼失败中的作用.
• 分析负载方向 (垂直/平行于GB) 和冲击速度对材料反应的影响.
• 为了阐明控制冲击波传播和在气泡的存在下造成的裂纹损伤的机制.

主要方法:

• 用分子动力学 (MD) 模拟来模拟冲击负荷.
• 双晶铜与纳米规模的H气泡被模拟.
• 模拟包括从0.5到2.5公里/秒的撞击速度和两个不同的负载方向.

主要成果:

• 泡最初阻碍了冲击波的传播,但由于泡崩,它们以更高的速度加速.
• 负载方向影响He泡变形;平行负载显示更大的影响.
• 他气泡在低速时略微降低了裂纹强度,GB进化主导了裂纹.
• 裂变损伤机制各有不同:GB裂变 (垂直负载) 与低速气泡膨胀 (平行负载).
• 在高速时,发生微分离,减少GBs和He气泡的影响.

结论:

• 辐射纳米晶体材料的动态反应是复杂的,涉及合的He气泡和GB效应.
• 气泡的行为及其对冲击引起的故障的影响强烈依赖于冲击速度和加载条件.
• 在较低的速度下,GBs是分裂的主要驱动因素,而在较高的冲击速度下,它们的影响以及He气泡变得可以忽略不计,导致微型分裂.