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Cu-Al-Ni形状记忆合金中马氏体孪晶界面迁移的分子动力学模拟

作　者: 魏洪吉
导　师: 甄玉宝
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 固体力学
关键词: Cu-Al-Ni合金马氏体相变马氏体孪晶分子动力学 MEAM
分类号: TG139.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

马氏体相变广泛应用于现代工业生产的诸多领域,其中形状记忆效应为近年来研究与应用的热点。本文所研究的Cu-Al-Ni合金能够产生形状记忆效应正是由于发生了马氏体相变与逆相变过程。在相变过程中一种基本的物理过程就是界面在内部和外部的化学和机械驱动力下发生迁移,发生迁移的界面包括相界面和马氏体内部变体间的孪晶界面。本文以马氏体相变中界面推进的动力学机制为研究背景,应用分子动力学手段对Cu-Al-Ni形状记忆合金中的马氏体相变进行动力学模拟,旨在探明在温度或应力载荷作用下,孪晶界面的原子迁移情况。论文首先介绍了马氏体相变与分子动力学相关知识与研究现状。然后在筛选函数和复杂参考结构两点上发展了原始的修正嵌入原子方法。并在此基础上给出了适用于Cu-Al-Ni三元合金体系的势函数参数。最后构建了初始模拟体系,并在温度与应力循环载荷下具体模拟了该合金的马氏体相变。我们成功地观察到了Cu-Al-Ni合金的热弹性马氏体相变,及单向拉伸中的相变伪弹性现象。模拟还给出了热相变滞后和应力诱发相变滞后,这种滞后被证实与马氏体相变和逆相变时内部马氏体变体间的吞并及界面的迁移紧密相关。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 形状记忆合金  8-9
  1.2 马氏体与马氏体相变  9-12
    1.2.1 马氏体相变的定义  9-10
    1.2.2 马氏体相变的特征  10-12
    1.2.3 马氏体相变的应用  12
  1.3 马氏体孪晶与界面运动  12-14
  1.4 国内外在该方向的研究现状及分析  14-16
    1.4.1 马氏体相变中孪晶界面及可动性的研究  14-15
    1.4.2 分子动力学方法在课题相关领域中的应用  15-16
  1.5 主要研究内容  16-17
  1.6 论文的篇章结构  17-18
第2章分子动力学模拟的基本方法和原理  18-26
  2.1 分子动力学简介  18-20
  2.2 分子动力学模拟软件LAMMPS介绍  20
  2.3 修正的原子嵌入法与势函数介绍  20-25
    2.3.1 EAM与Finnis-Sinclair势函数  21
    2.3.2 MEAM势函数  21-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章适用于Cu-Al-Ni合金的MEAM势函数的计算选取  26-34
  3.1 改进MEAM势函数的筛选函数  26-27
  3.2 原子间对势的计算  27-30
  3.3 势函数参数的给出  30-32
  3.4 势函数的验证  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章 Cu-Al-Ni合金马氏体晶体学理论与初始模型的构建  34-45
  4.1 Cu-Al-Ni合金马氏体晶体学理论  34-40
    4.1.1 奥氏体-马氏体  34-36
    4.1.2 马氏体孪晶  36-37
    4.1.3 矛尖状马氏体  37-40
  4.2 初始模型的构建  40-44
    4.2.1 MCOMAT：软件编写和功能介绍  40-41
    4.2.2 构建初始模型  41-44
  4.3 本章小结  44-45
第5章 Cu-Al-Ni合金马氏体相变中的孪晶迁移  45-54
  5.1 温度循环下的热弹性马氏体相变  45-47
  5.2 单向拉伸下的孪晶运动  47-52
  5.3 矛尖状孪晶马氏体的降温模拟  52-53
  5.4 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-59
攻读学位期间发表的学术论文  59-61
致谢  61

Cu-Al-Ni形状记忆合金中马氏体孪晶界面迁移的分子动力学模拟

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