镁单晶变形行为的原子模拟.pdfVIP

第25卷增刊 计算力学学报 V01．25。Sup． 2008 2008年12月 M【ed擒lli岱 December ChineseJournalofCon甲umdoml 镁单晶变形行为的原子模拟 亓宏刚’， 郭雅芳 (北京交通大学工程力学研究所，北京100044) 摘要：应用分子动力学方法模拟镁单晶在单向拉伸作用下的力学性能和微观结构演化过程．不同应变和不同 温度下的模拟结果中都观测到{1011}，{1012}型李晶。表明这两种孪晶是镁单晶拉伸变形的主要机制．其中 {1012}型挛晶的产生伴随新晶粒生成，并且随应变增加孪晶的数量增加．此外，随着温度的增加，原子热教活 效应显著．镁单晶的最大弹性形变减小，最大应力值亦交小． 关键词：分子动力学；镁单晶；孪晶；应力．应变曲线 中图分类号：0313：076文献标识码：A 微结构及其与形变的关系。 1 引 言 2镁单晶单向拉伸模型 纯镁及大部分镁合金具有低密度、高比强度 和高比弹性模量等的特点，一直是近年来国内外 构造如图1所示结构的镁单晶。其初始构型 研究的热剧啦】。纯镁及大部分镁合金均为密排六 用几何方法构成，原子按照密排六方结构(hcp) 方晶体(hcp)，其塑性变形机制为基面、柱面、排布，z、Y、z坐标分别对应密排六方的【2l101、 锥面滑移和锥面孪生。在室温时，基面滑移是最 容易启动的，它主要提供垂直于c轴方向的应变， 而平行于c轴方向的应变主要由锥面孪生产生 原子总数为76800。模型分为上下两端的边界区和 【M】。因此，镁单晶的变形机制与镁孪生密切相关， 分子动力学弛豫区，上下边界区各取2层晶胞， 对镁及镁合金变形过程中孪生的研究，对于改善 弛豫区为56层晶胞。由于本文重在研究镁单晶在 镁合金的室温塑性、实现镁合金的普及应用具有 受力载荷下原子的构型，为便于观测{1210}平面原 重要的意义。 子的排列，弛豫时在z轴方向应用周期边界条件， 相关实验表明{1012}型孪晶是镁合金在拉伸 Y轴方向应用自由边界条件，z轴方向应用固定位 变形时的主要形式rMl，此外镁合金的变形行为与 移边界条件。分子动力学模拟时间步长“《．0fS， 温度也密切相判n11】。但应用分子动力学对镁单 模拟中通过Verlet算法对系统运动方程进行积分 晶等hcp金属的变形行为模拟，寻求反映微结构 计算。 和力学性质之间的内禀本质的研究很少。本文采 模拟过程：将模型的模拟温度控制在5K，先 Atom Method,EAM)LIZi 用镶嵌原子法(Embeddcd 将镁单晶模型原子弛豫10000步，使系统有充分时 描述原子间相互作用，建立镁单晶的原子模型，