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复合载荷(I/II)下单晶金刚石裂纹的分子动力学研究

作　者: 董荣娟
导　师: 张斌
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 工程力学
关键词: 单晶金刚石 复合型裂纹 边界层圆盘模型 Brenner作用势 分子动力学模拟
分类号: O346.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 64次
引　用: 1次
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内容摘要


本文采用基于第二代Brenner作用势的分子动力学方法,利用边界层圆盘模型位移加载,计算分析了单晶金刚石中预制原子裂纹在Ⅰ/Ⅱ复合型载荷下,其裂纹端部原子结构演化:晶格滑移、位错、键断裂等问题。第一部分:分析了含(010)[100]裂纹的单晶金刚石在Ⅰ/Ⅱ复合型载荷下裂纹起裂、端部原子结构演化。对加载复合角θ( K II / K I= tanθ)分别取0°、30°、45°、60°、90°,计算了临界应力强度因子,分析了晶格滑移、位错、键断裂等问题。发现当KⅠ、KⅡ逐渐增大至临界值时,裂纹尖端原子键开始断裂形成新的环状结构,如七元环、五元环等结构,裂纹进入陷阱区,并扩展;加载复合角的不同,裂纹的扩展和滑移产生的方向随之改变。第二部分:分析了含(110)[110]裂纹的单晶金刚石在Ⅰ/Ⅱ复合型载荷下裂纹起裂、端部原子结构演化。对复合角θ分别取0°、30°、45°、60°、90°,计算了临界应力强度因子,分析了晶格滑移、位错、键断裂等问题。发现当KⅠ、KⅡ逐渐增大至临界值时,裂纹尖端钝化促使裂纹张开,裂纹面变宽,并伴随子裂纹产生;裂纹取向不同,其尖端滑移、开裂模式和临界K值均不同。第三部分:比较了含(010)[100]裂纹和含(110)[110]裂纹的单晶金刚石在Ⅰ/Ⅱ复合型载荷下的临界应力强度因子,分析了预制原子裂纹晶面、晶向的选取的对单晶金刚石复合型裂纹开裂的影响。发现含(010)[100]裂纹和含(110)[110]裂纹的单晶金刚石裂纹开裂时,裂纹尖端原子具有不同的断裂模式,临界K值也不相同。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章 绪论  13-22
  1.1 引言  13-15
  1.2 断裂的研究进展  15-19
    1.2.1 断裂类型  16-17
    1.2.2 宏观断裂  17
    1.2.3 原子断裂  17-19
  1.3 金刚石简介  19-20
    1.3.1 金刚石的性质  19-20
    1.3.2 单晶金刚石的晶格结构和结合性质  20
  1.4 论文的研究内容和意义  20-22
第二章 基本理论和研究方法  22-36
  2.1 分子动力学方法  22-32
    2.1.1 概述  22-24
    2.1.2 周期性边界条件  24-26
    2.1.3 基本方程和算法  26-27
    2.1.4 原子间相互作用势  27-30
    2.1.5 模拟的系综  30-31
    2.1.6 分子动力学模拟的基本步骤  31-32
  2.2 圆盘边界层模型  32-33
  2.3 断裂准则  33-36
    2.3.1 应力强度因子准则（K 准则）  33-34
    2.3.2 裂纹扩展的微观描述  34-36
第三章 含(010)[100]预制初裂纹的单晶金刚石复合断裂  36-58
  3.1 模型和计算方法  36-37
    3.1.1 模拟模型  36-37
    3.1.2 计算方法  37
  3.2 模拟结果与讨论  37-57
    3.2.1 加载复合角θ =0°  37-41
    3.2.2 加载复合角θ =30°  41-46
    3.2.3 加载复合角θ=45°  46-49
    3.2.4 加载复合角θ=60°  49-53
    3.2.5 加载复合角θ=90°  53-57
  3.3 本章小结  57-58
第四章含(110)[110]预制初裂纹的单晶金刚石复合断裂  58-82
  4.1 模拟模型和计算方法  58
  4.2 模拟结果与讨论  58-79
    4.2.1 加载复合角θ=0°  59-64
    4.2.2 加载复合角θ=30°  64-68
    4.2.3 加载复合角θ=45°  68-71
    4.2.4 加载复合角θ=60°  71-76
    4.2.5 加载复合角θ=90°  76-79
  4.3 预制初裂纹晶向对单晶金刚石裂纹扩展的影响  79-80
  4.4 本章小结  80-82
第五章总结与展望  82-84
  5.1 总结  82-83
  5.2 工作展望  83-84
参考文献  84-88
致谢  88-89
在学期间的研究成果  89

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中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 固体力学 > 强度理论 > 断裂理论
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