基于内聚力模型的单晶铝裂纹扩展的数值模拟

《基于内聚力模型的单晶铝裂纹扩展的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号学号M201071350学校代码10487密级硕士学位论文基于内聚力模型的单晶铝裂纹扩展的数值模拟学位申请人：周超学科专业：固体力学指导教师：杨新华教授答辩日期：2013.1.22AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalsimulationsofcrackpropagationofsinglecrystalaluminumbasedoncohes

2、ivezonemodelCandidate:ZhouChaoMajor:SolidMechanicsSupervisor:Prof.YangXinhuaHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个

3、人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者

4、签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要自然界的固体物质中，绝大多数是晶体。随着纳米材料学的发展，单晶材料的研究和应用受到人们越来越多的关注，单晶材料物理性质较敏感，同时还表现出明显的各向异性，晶向是重要的影响因素之一。大量研究表明，晶体材料的力学行为能够与热力学微观变化相对应，应用分子动力学方法研究晶体的力学性能具有重要的物理意义。裂纹是晶体中常见的一种宏观缺陷,会严重影响晶体制备及其在实际工程中的应用。本文采用分子动力学和有限元相结合的方法研究含裂纹单晶铝的断裂行为。首先采用分子动力学方

5、法模拟单晶铝的拉伸力学行为，记录载荷位移曲线，确定其基本弹性性质及内聚力模型参数。然后采用有限元方法，分析含裂纹单晶铝的场演化、微裂纹萌生发展导致宏观裂纹扩展的行为。分析结果表明：（1）单晶铝是具有九个独立弹性常数的正交各向异性材料，采用分子动力学模拟确定的弹性常数矩阵，近似满足这种对称性；（2）在裂纹扩展过程中，不时会出现一些分叉裂纹，但随着主裂纹的发展、应力的重新分布，分叉裂纹会趋于闭合；（3）裂纹尖端存在明显的应力集中，有限元结果得到的应力强度因子和能量释放率能够与内聚力单元的断裂韧度相吻合；

6、（4）材料的弹性模量，弹性极限和断裂韧度均会对材料的断裂性能产生影响。关键词：单晶材料，分子动力学，裂纹扩展，内聚力模型，有限单元法IAbstractCrystalsaccountedforthemajorityofthesolidmaterialinthenature.Thestudyandapplicationofsinglecrystalmaterialattractsmoreattentionswiththedevelopmentofnanomaterialsscience,compared

7、withthepolycrystallinematerial,itsphysicalpropertiesaremoresensitiveandalsoexhibitsignificantanisotropy，andtheorientationofcrystalshouldalsobetakenintoaccountasanimportantfactor.Alargenumberofstudieshaveshownthatthemechanicalbehaviorofcrystallinemateri

8、alscanbecorrespondingtothemicroscopicchangesinthermodynamics,tostudythemechanicalpropertiesofcrystalbymoleculardynamicsmethodhassignificantphysicalsignificance.Crackingisacommonformofmacrodefectsincrystal.Itseriouslyaffectsthepreparatio