金屬銅沖擊熔化機(jī)制與動(dòng)力學(xué)特性微觀模擬研究.pdf

1、基于分子動(dòng)力學(xué)方法，針對(duì)不同沖擊條件下理想以及包含不同類型缺陷金屬銅的固-液相變行為開展了一系列數(shù)值模擬研究，詳細(xì)分析了金屬?zèng)_擊熔化的熱力學(xué)特征以及微觀動(dòng)力學(xué)過程;對(duì)金屬表面溝槽微射流以及射流破碎過程進(jìn)行了模擬分析。主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)基于JASMIN框架研制了針對(duì)短程相互作用勢模型的大規(guī)模并行分子動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬程序平臺(tái)MOASP。嵌入了多種類型材料的兩體和多體作用勢模型，實(shí)現(xiàn)了不同系綜和邊界條件控制方法，發(fā)展了多種微結(jié)

2、構(gòu)分析和宏觀量統(tǒng)計(jì)分析方法。
　　(2)研究了理想單晶銅沖擊熔化的臨界條件、動(dòng)力學(xué)過程、宏觀統(tǒng)計(jì)特征以及對(duì)沖擊方向的依賴性。雖然沿不同沖擊方向，達(dá)到熱力學(xué)平衡的波后物質(zhì)狀態(tài)落在相同的沖擊Hugoniot狀態(tài)上，但材料由初始沖擊壓縮狀態(tài)向熱力學(xué)平衡態(tài)的演化路徑以及波后區(qū)域的微結(jié)構(gòu)特征卻具有明顯差異。
　　(3)研究了含納米孔洞金屬銅的固-液相變行為，采用吸收邊界條件實(shí)現(xiàn)了波后區(qū)域物質(zhì)的長時(shí)演化。分析結(jié)果表明，沖擊作用下由于孔洞

3、塌縮形成的熱點(diǎn)效應(yīng)以及塌縮區(qū)域更高的無序度造成該區(qū)域在勻質(zhì)熔化成核機(jī)制被激發(fā)之前首先發(fā)生局部熔化，根據(jù)沖擊強(qiáng)度的不同，局部熔化區(qū)域會(huì)再結(jié)晶或繼續(xù)發(fā)展。
　　(4)分別研究了包含不同類型扭轉(zhuǎn)晶界雙晶銅的沖擊熔化行為，給出了晶界區(qū)域非均勻熔化成核與生長的臨界條件與動(dòng)力學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)波后晶界區(qū)域的熔化行為與初始晶界能密切相關(guān)。對(duì)于高能扭轉(zhuǎn)晶界，波后晶界區(qū)域在晶粒內(nèi)部勻質(zhì)熔化成核之前首先發(fā)生局部熔化，隨著沖擊強(qiáng)度增加晶界區(qū)域發(fā)生整體的預(yù)熔化

4、;而對(duì)于低能晶界，其熔化行為與理想單晶銅相似，波后晶界區(qū)域未呈現(xiàn)明顯的熔化傾向性。
　　(5)研究了納米柱狀多晶銅的沖擊熔化行為，獲得了與沖擊方向無關(guān)的Hugoniot關(guān)系。詳細(xì)分析了多晶樣品從初始沖擊壓縮狀態(tài)向熱力學(xué)平衡態(tài)演化的動(dòng)態(tài)過程、波后物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化特征以及對(duì)加載方向的依賴性。分析了多晶系統(tǒng)中沖擊波波陣面結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致局部熱點(diǎn)的出現(xiàn)，進(jìn)而誘發(fā)局部熔化與再結(jié)晶以及晶粒旋轉(zhuǎn)造成的晶界部分湮滅等現(xiàn)象。
　　(6)分析了單

5、晶銅從不同沖擊狀態(tài)下卸載時(shí)的固-液相變行為，發(fā)現(xiàn)由于沖擊加載過程中，波后物質(zhì)微結(jié)構(gòu)性質(zhì)的差異導(dǎo)致卸載熔化同樣呈現(xiàn)出明顯的各向異性。結(jié)合微結(jié)構(gòu)與宏觀統(tǒng)計(jì)分析方法，給出了沿不同方向卸載時(shí)卸載熔化的的臨界條件，微觀動(dòng)力學(xué)過程，對(duì)卸載波結(jié)構(gòu)、卸載路徑的影響特征以及向樣品內(nèi)部傳播的速度。
　　(7)研究了沖擊作用下金屬表面溝槽微射流與射流破碎行為，給出了噴射系數(shù)以及射流頭部速度隨沖擊強(qiáng)度的變化規(guī)律;發(fā)展了團(tuán)簇分析方法，統(tǒng)計(jì)分析了微射流破碎顆