纳米多孔铝冲击响应的分子动力学模拟研究

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• 论文作者：向美珍 ; 陈军
• 年：2016
• 作者机构：北京应用物理与计算数学研究所;
• 论文关键词：多孔材料 ; 孔洞坍塌 ; 分子动力学
• 会议召开时间：2016-09-27
• 会议录名称：第十四届全国物理力学学术会议缩编文集
• 语种：中文
• 分类号：O614.31
• 学会代码：AGLU
• 会议名称：第十四届全国物理力学学术会议
• 会议地点：中国四川绵阳
• 主办单位：中国力学学会物理力学专业委员会
• 学会名称：中国力学学会
• 页数：1
• 文件大小：34k
• 原文格式：O
• 会议级别：全国

摘要

采用非平衡分子动力学方法研究了纳米多孔铝的冲击响应,发现塑性机制和内微喷机制在孔洞坍塌过程中存在竞争:当冲击强度较弱时,塑性机制占主导;当冲击强度较强时,微喷机制占主导。孔洞表面最先成核的位错形成纬线圈,纬度范围在40°~45°之间,与连续介质力学理论的预测定量相符。揭示了冲击作用下单晶铝和纳米多孔铝中位错结构的演化过程:位错成核在冲击波前沿的作用下发生,成核位错类型主要为Shockley偏位错,与层错形成剪切环;在冲击压缩状态下,位错密度降低,不同滑移面的偏位错结合生成Stair-rod位错;在卸载过程中,扩展位错通过束集形成全位错。还发现了纳米多孔铝的反常热力学行为,即温度升高伴随压强降低。这种反常热力学行为与传统Rankine-Hugoniot理论不相符,与孔洞坍塌引起的强非线性过程有关。随着冲击波在纳米多孔铝中传播得越来越远,前驱宽度变大,压强、剪切应力和弹性波前驱逐渐衰减。研究了单晶铝和纳米多孔铝的不同塑性弛豫行为。在冲击波前沿附近,材料经历从一维压缩到三维压缩的塑性弛豫过程;在卸载波作用下,同样观察到一维卸载到三维卸载的塑性弛豫过程。同时,还研究了单晶铝和纳米多孔铝的层裂行为,并发现:纳米多孔铝的层裂强度低于单晶铝;但是,由于应力衰减效应,纳米多孔铝的抗层裂能力(引发层裂的临界冲击强度)要强于单晶铝。

引文