【摘 要】
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本论文采用分子动力学方法对单晶Si和单晶Al中Ⅰ型裂纹扩展的原子学过程,以及裂纹扩展中裂尖区结构演化问题进行了模拟计算和分析。第一部分:分析了单晶硅初裂纹扩展过程中出现
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本论文采用分子动力学方法对单晶Si和单晶Al中Ⅰ型裂纹扩展的原子学过程,以及裂纹扩展中裂尖区结构演化问题进行了模拟计算和分析。第一部分:分析了单晶硅初裂纹扩展过程中出现的现象和机制。对裂纹前缘方向为[100],[110]晶向的初裂纹扩展模拟结果表明:低温时裂纹尖端形成新的环状结构,最初形成的新环状结构标志着裂纹进入裂纹陷阱区域,温度逐渐升高后,出现母一子裂纹传播机制。裂纹前缘方向为[111]晶向的初裂纹模拟结果表明:温度升高至300K,低温时裂纹尖端形成的七元环状结构没有消失,微裂纹在Ⅰ型加载作用下产生明显的取向效应,裂纹跳跃至新的裂纹平面,温度逐渐升高后,子裂纹在新的裂纹平面上萌生。对裂纹前缘方向为[210],[211]晶向的初裂纹扩展模拟结果表明:加载时裂纹尖端的前方某处随机形成微空洞,应力加大时微空洞扩大,微空洞逐渐成长相互联结,最终形成子裂纹,裂纹扩展过程中同样遵循着子母裂纹机制。对裂纹前缘方向为[332]晶向的初裂纹扩展模拟结果表明:母裂纹分裂形成两个子裂纹,并由原先的裂纹平面跳跃至两个新裂纹平面上,裂纹出现了分枝现象。第二部分:用基于经验势的分子动力学方法,分析了单晶铝初裂纹扩展过程中出现的现象和机制。模拟结果表明:通过观察原子体系的构型演化,可以发现模型加载后,裂纹不是解理扩展,而是裂纹尖端先发射出位错,裂纹尖端处发射出的位错使裂纹尖端出现钝化现象,裂纹尖端原子开始出现无序现象,表现为裂纹尖端原子的空间坐标出现乱序状态,随后裂纹尖端无序现象得到进一步加强,逐渐形成无序区域,在无序区域形成过程中,裂纹尖端原子慢慢偏离理想晶格位置,使裂纹尖端原子不同于初始原子构型,而是在裂纹尖端出现畸变。裂纹扩展驱动力选择了驱使无序区域扩展的方式进行裂纹的扩展。裂纹呈现出台阶状断口,直至最后晶体完全分开。
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