290 / 2019-09-28 20:19:33

分子动力学模拟块状金属玻璃剪切带的形成和演化过程

金属玻璃,剪切带,分子动力学,剪切转变区

计算力学新方法，新理论 > 微纳米尺度理论与计算

金属玻璃具有很高的硬度、强度、耐磨和耐腐蚀性等优异的力学性能，但在低温高应力下的条件下，金属玻璃的塑性变形容易生成剪切带，导致结构破坏，这种现象成为了大块金属玻璃推广应用中的极大障碍。鉴于此，本文的主要研究目的是采用分子动力学模拟在原子尺度上研究金属玻璃的拉伸断裂机理，探讨断裂过程中剪切带形成和演化的规律。本文主要采用分子动力学方法建立了三种Cu64Zr36（不含缺口、一侧含缺口、二侧含缺口）的块状金属玻璃原子模型，基于分子动力学拉伸模拟并观察了三种Cu64Zr36金属玻璃模型在拉伸过程中剪切带的形成和演化过程，并比较了三种不同模型的拉伸力学性能。结果表明：低温高应力条件下，金属玻璃板试样在拉伸过程中的塑性变形变得不再稳定，会自发的发生剪切局部化，出现局部剪切转变区。继续拉伸，剪切带会连续成核并且沿与加载方向成45°的方向快速扩展，贯穿整个试样。随后，剪切带会逐渐的聚集在一窄带内，并且几乎承担了整个试样的塑性变形。带缺口的金属玻璃板相对于完整的金属玻璃板来说，有较低的屈服强度，且在较低的应力下便形成剪切带并迅速发展直至试样破坏。此外，含缺口的（一侧含缺口和两侧含缺口）的金属玻璃试样在拉伸过程中剪切带都是从一侧缺口的边缘处开始产生并迅速扩展，但剪切带扩展的方向并不相同，这与拉伸过程中局部剪切转变区的分布有关。