检索结果-内蒙古大学图书馆

金属学报 2007年第8期43卷 851-856页

作者：黎军顽江五贵南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063

采用准连续介质法模拟了单晶Al和单晶Cu纳米压痕实验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深下的加载和卸载曲线.在计算得到的载荷-压深曲线基础上,根据Oliver-Phart法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量,并与相关文献... 详细信息

采用准连续介质法模拟了单晶Al和单晶Cu纳米压痕实验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深下的加载和卸载曲线.在计算得到的载荷-压深曲线基础上,根据Oliver-Phart法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量,并与相关文献的实验结果进行了比较.研究表明,接触刚度-位移曲线呈线性关系;纳米硬度测量中存在尺寸效应,而在弹性模量测量中却不存在尺寸效应.单晶Al和单晶Cu纳米硬度和弹性模量计算值分别为(0.584±0.013)和(84.088±0.332)GPa,(0.755±0.027)和(131.833±4.449)GPa.预测值与实验结果吻合,表明使用该方法预测薄膜材料的纳米硬度和弹性模量是可行的.

关键词：准连续介质法纳米压痕尺寸效应纳米硬度弹性模量

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纳米接触问题的多尺度模拟(英文)

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南昌工程学院学报 2012年第1期31卷 34-39页

作者：王正微江五贵扶名福南昌航空大学航空制造工程学院江西南昌330063 南昌工程学院党委(校长)办公室江西南昌330099

使用准连续介质法模拟了镍楔形光滑压头与光滑/多粗糙峰铜基体之间的多尺度纳米接触过程,研究了两模型接触过程中位移—载荷、位移—接触面积关系和基体的变形机制.结果显示粗糙峰能有效地减小粘着力,粗糙峰对接触的初始阶段影响大,该... 详细信息

使用准连续介质法模拟了镍楔形光滑压头与光滑/多粗糙峰铜基体之间的多尺度纳米接触过程,研究了两模型接触过程中位移—载荷、位移—接触面积关系和基体的变形机制.结果显示粗糙峰能有效地减小粘着力,粗糙峰对接触的初始阶段影响大,该阶段的变形主要为粗糙峰的变形.随着压头位移的增加,粗糙峰对载荷和纳米接触问题的影响也随之逐渐减小.

关键词：纳米接触多尺度模拟准连续介质法多粗糙峰

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体心立方金属钽Ⅱ型裂纹尖端缺陷萌生的多尺度分析

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物理学报 2011年第10期60卷 488-494页

作者：陆怀宝黎军顽倪玉山梅继法王洪生复旦大学力学与工程科学系上海200433

本文采用多尺度准连续介质法(quasi-continuum method,QC)模拟体心立方(body-centered-cubic,bcc)金属钽(Ta)Ⅱ型裂纹尖端位错的形核与发射过程,获得位错发射位置与应力强度因子关系曲线,分析裂纹尖端缺陷萌生过程,研究全位错分解以及... 详细信息

本文采用多尺度准连续介质法(quasi-continuum method,QC)模拟体心立方(body-centered-cubic,bcc)金属钽(Ta)Ⅱ型裂纹尖端位错的形核与发射过程,获得位错发射位置与应力强度因子关系曲线,分析裂纹尖端缺陷萌生过程,研究全位错分解以及扩展位错形成机理.位错活动在不同阶段表现出不一致的特征,新位错的发射对于位错运动具有促进作用.研究表明,裂纹扩展初始阶段首先萌生点缺陷,点缺陷随着加载强度增加会萌生新的点缺陷,点缺陷最终运动到边界,导致Ⅱ型断裂破坏.在全位错发射之前有不全位错的形核与发射表明全位错的分解分步进行,从势能曲线上来看,也就是两个极小值点的形成机理不同.

关键词：多尺度准连续介质法 Ⅱ型裂纹扩展位错

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基于准连续介质法的纳米压痕初始塑性变形过程研究

基于准连续介质法的纳米压痕初始塑性变形过程研究

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作者：黎军顽南昌航空大学

学位级别：硕士

随着纳米科技的蓬勃发展，纳米级材料在电子信息、生物工程、医学、医药、航空航天、国防等高新尖端领域得到了市场化的应用。因此人们越来越多的关注材料在纳米尺度下的特性。当构件的尺寸减小到纳米尺度时，材料的力学性能由于“尺寸... 详细信息

随着纳米科技的蓬勃发展，纳米级材料在电子信息、生物工程、医学、医药、航空航天、国防等高新尖端领域得到了市场化的应用。因此人们越来越多的关注材料在纳米尺度下的特性。当构件的尺寸减小到纳米尺度时，材料的力学性能由于“尺寸效应”的影响无法通过外推法得出，许多材料将呈现出特异的性质。传统的材料测试方法已经不再适用，一种崭新的材料测试技术——纳米压痕技术应运而生。目前纳米压痕技术已经成为一种测量薄膜材料性能的标准技术，该方法在研究微小体积材料的微观塑性变形过程中也起一个非常重要的作用。通过纳米压痕试验所得压力－压深曲线和经验公式可以算得材料的弹性模量、硬度和刚度等。\n 准连续介质法是一种将连续介质方法和原子模拟相耦合的多尺度模拟方法。\n 该方法巧妙地将分子静力学与有限元法相结合，在变形梯度较小的规则区域采用代表性原子作为计算点，以此为节点形成有限元网格，其周围其他原子的位置通过插值得到。与其他纳米力学计算方法相比，准连续介质法具有计算精度高，计算规模大等优点。本文结合准连续介质法，研究了薄膜材料的纳米压痕初始塑性变形过程。\n 首先，采用准连续介质方法模拟了大规模原子的单晶铜薄膜在纳米压痕下发生初始塑性变形的行为，获得了：(1)载荷－位移响应，在载荷位移曲线上除了反映晶体弹性性质的直线外还有数次的载荷突然下降过程。(2)位错形核现象，与载荷－位移曲线上的载荷突然下降相对应的在受压的晶体上发现了位错形核现象，说明载荷的下降是因为位错形核引起的。(3)位错的发射机制，用Peierls-Nabarro位错模型以及能量法分析了位错的发射机制。(4)几何必需位错密度，用一个简单的模型计算了几何必须位错密度。\n 其次，在计算得到的载荷－压深曲线基础上，根据Oliver-Pharr 法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量，并与相关文献的试验结果进行了比较。\n 研究表明，接触刚度－位移曲线呈线性关系，在纳米硬度测量中存在尺寸效应而在弹性模量测量中不存在尺寸效应。计算获得的单晶铝和单晶铜的纳米硬度值和弹性模量与试验结果非常吻合，表明使用该方法预测薄膜材料的纳米硬度和弹性模量是可行的。\n 最后，分析了单晶铝纳米压痕试验中不同宽度的刚性矩形压头所引起的初始阶段塑性变形的特点，获得了载荷－压深曲线、应变能－位移曲线和硬度－压深变化曲线。从位错理论的角度分析了压头尺寸对纳米压痕测试结果的影响。研究发现：随着压头宽度的不断增大压头下方位错形核所需要的载荷和压深程度增大；\n 在塑性变形的初始阶段，相同的压深情况下，随着压头宽度的不断增加位错的形核速度不断下降，位错的发射速度变慢，压头下方的位错密度减小；随着压头宽度的增加，形成第一对位错需要的应变能和压入深度增加，应变能的变化速率递增，纳米硬度值反而会减小，呈现出明显的尺寸效应。

关键词：准连续介质法纳米压痕纳米硬度弹性模量尺寸效应纳米材料塑性变形

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纳米尺度黏着接触和裂纹扩展的准连续介质方法研究

纳米尺度黏着接触和裂纹扩展的准连续介质方法研究

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作者：梅继法复旦大学

学位级别：硕士

研究纳米尺度下材料的特殊力学行为是一个涉及材料、物理等学科的复杂的课题。在这一尺度下,存在三个比较典型而富有意义的方向：(1)宏观尺度中未曾表现或可忽略的物理量,如材料的各向异性、黏着力、表面能成为影响材料和纳米器件的重... 详细信息

研究纳米尺度下材料的特殊力学行为是一个涉及材料、物理等学科的复杂的课题。在这一尺度下,存在三个比较典型而富有意义的方向：(1)宏观尺度中未曾表现或可忽略的物理量,如材料的各向异性、黏着力、表面能成为影响材料和纳米器件的重要因素,研究这些因素对材料行为的影响变得极为重要。(2)材料科学中表征材料的参数,如堆垛层错能和孪晶能以怎样的方式影响和决定材料的变形机理并反映于材料的力学性质中。(3)宏观尺度下的连续介质理论在纳米尺度模型的适用性考察：连续介质模型什么尺度下仍然能适用?不适用的边界在哪里? 为了能尽可能的考察纳米尺度模型中出现的上述问题。我们采用准连续介质方法研究面心立方(FCC)或体心立方(BCC)金属的三个方面：镍(Ni)压头压入并拔出铜(Cu)基体的黏着接触行为和黏着接触各向异性行为；钽(Ta)的广义面错能和孪晶能及其对Ⅱ型裂纹尖端塑性变形机理的揭示；四种晶向选择下,具有初始裂纹的单晶钽(Ta)的裂纹扩展行为。通过这三个主题的研究发现： (1)在黏着接触研究中,采用远大于分子动力学(MD)中的压头研究Ni压头和Cu基体的黏着接触。通过压深-载荷曲线和原子的组态的考察发现：压头压入和拔出体过程中,基体内部会形成一个非常大的塑性变形区。而且当压头完全拔出基体后,基体表面遭到严重破坏,基体深处仍然存有塑性变形。这表明纳米尺度的黏着作用对材料的破坏有非常大的影响；通过运用广义面错能曲线(GPF)发现单晶Cu形成孪晶层错结构需要克服的能垒(γutf-γsf)小于形成堆垛层错结构所需克服的不稳定堆垛层错能(γusf),这揭示了黏着接触过程中形变孪晶这一重要塑性变形产生的原因；黏着断裂中缩颈的断裂主要分为两种方式：压头回撤初期阶段的原子重排和末期阶段原子层沿易滑移面的剪切断裂；将模拟得到的黏着接触断裂的临界分离力(Fc)及临界半带宽(αc)和JKR理论值进行比较发现,两者存在偏差,模拟值是理论值的两倍左右。 (2)考察单晶钽(Ta)的(112)面沿[111]方向滑移时的广义堆垛层错能和广义孪晶能曲线发现：广义堆垛层错能曲线不存在能量极小值,这表明Ta内部不会形成单层的堆垛层错结构,位错只能以全位错形式发射；不同厚度的广义孪晶能曲线表明四个原子层的孪晶是亚稳定的,五层的孪晶是比较稳定的稳定孪晶；通过单晶Ta的Ⅱ型裂纹尖端的初始塑性变形研究发现,形变孪晶的产生和全位错的发射是裂纹尖端同时共存的两种塑性变形机理。裂纹尖端的初次塑性变形形成四个原子层厚的孪晶,随后迅速扩展为五层以至更高层。此外还发现全位错沿[111]晶向向裂纹尖端的前方发射。裂纹尖端的塑性变形验证了广义层错能曲线和广义孪晶能曲线能够较好地揭示了全位错和多原子层孪晶的产生。 (3)对四种晶向下具有初始裂纹的单晶Ta的Ⅰ型加载过程研究发现,四种晶向的裂纹表现出不同的脆塑性断裂机理：(Ⅰ)晶向为x[010],y[100]和z[001]时,裂纹所在的面具有较大的表面能,裂纹前方没有易滑移面,初始裂纹由初始时具有较大表面能的裂纹面转移到表面能较小的(110)面,但是裂纹扩展以脆性形式为主。(Ⅱ)晶向为x[110]，y[110]和z[001]时,裂纹所在面具有较小的表面能,裂纹前方没有易滑移面,应力强度因子为2.41K*Ic时初始裂纹沿原裂纹面脆性扩展。(Ⅲ)x[100],y[011]和z[011]时,裂纹所在面具有较小表面能,但裂纹前方具有易滑移面。裂纹扩展时裂纹尖端通过沿[111]和[111]方向发射全位错的形式使得裂纹尖端钝化。裂纹的钝化进一步导致裂纹尖端产生明显的相变,BCC形式的晶格排列转化为更加稳定的HCP形式,进一步抑制了裂纹的扩展。(Ⅳ)x[110],y[001]和z[110]时,裂纹在3.29K*Ic发生初次塑性变形。在这一晶向下,形变孪晶是裂纹尖端最主要的塑性变形形式,裂纹前方形成了较长的孪晶带,且随着加载孪晶带逐渐变宽。模拟发现裂纹大致沿着孪晶界的方向扩展。 (4)针对裂纹尖端四种不同的塑性和脆性断裂形式,提出利用变量ξ作为判定裂纹脆性还是塑性扩展的主要依据。这一变量一方面和初始裂纹所在面的表面能及位错发射的不稳定堆垛层错能有关,另一方面还与易滑移方向(位错发射方向)与裂纹尖端方向有关。ξ越大,裂纹就以脆性扩展为主；ξ越小时,裂纹倾向于伴随全位错或形变孪晶形式的塑性扩展。模拟结果证实了这一裂纹脆塑性扩展判定准则的正确性。

关键词：多尺度准连续介质法黏着接触各向异性广义层错能裂纹扩展

来源：评论

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Al薄膜纳米压痕过程的多尺度模拟

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金属学报 2009年第2期45卷 129-136页

作者：黎军顽倪玉山林逸汉罗诚江五贵复旦大学力学与工程科学系上海200433 Faculty of Built Environment and Engineering Queensland University of TechnologyBrisbane QLD4001Australia

采用多尺度准连续介质法分别模拟无缺陷和具有初始缺陷两种状态下,单晶Al薄膜纳米压痕初始塑性变形过程,得到载荷-位移响应曲线和应变能-位移变化曲线.研究了初始缺陷对纳米压痕过程中位错形核与发射、Peierls应力以及位错发射.临界载... 详细信息

采用多尺度准连续介质法分别模拟无缺陷和具有初始缺陷两种状态下,单晶Al薄膜纳米压痕初始塑性变形过程,得到载荷-位移响应曲线和应变能-位移变化曲线.研究了初始缺陷对纳米压痕过程中位错形核与发射、Peierls应力以及位错发射.临界载荷的影响.结果表明,在整个纳米压痕过程中出现了多次位错形核与发射现象,初始缺陷对第1和第3对位错的形核与发射影响较小,而对第2对位错的形核与发射具有明显的推迟作用,并伴随有裂纹扩展现象;由于初始缺陷引起薄膜材料内部严重的晶格畸变,导致系统应变能和位错运动的Peierls应力增加;裂纹扩展前,发射第2对位错需要的临界载荷增加,裂纹失稳后,位错发射需要的临界载荷下降.模拟获得的纳米硬度和Peierls应力与实验结果吻合.

关键词： Al薄膜纳米压痕多尺度准连续介质法初始缺陷

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单晶铜薄膜纳米划痕的多尺度模拟

单晶铜薄膜纳米划痕的多尺度模拟

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中国力学学会学术大会'2009

作者：江五贵赵晟冯西桥南昌航空大学材料科学与工程学院清华大学工程力学系

采用准连续介质力学法模拟了单晶铜薄膜在单晶镍压头划痕下的塑性变形过程,获得了摩擦力-位移响应曲线,在压头刻划作用时的摩擦力曲线呈现锯齿状,说明压头的尖端在刻划过程中产生了黏-滑效应。利用Tomlinson模型对黏-滑现象做了研究,在... 详细信息

采用准连续介质力学法模拟了单晶铜薄膜在单晶镍压头划痕下的塑性变形过程,获得了摩擦力-位移响应曲线,在压头刻划作用时的摩擦力曲线呈现锯齿状,说明压头的尖端在刻划过程中产生了黏-滑效应。利用Tomlinson模型对黏-滑现象做了研究,在模型中考虑了压头下薄膜材料的塑性变形情况。模拟结果表明:晶体表面

关键词：纳米划痕多尺度准连续介质法吸附效应

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纳米压痕试验中圆柱形压头尺寸效应

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南昌航空大学学报（自然科学版） 2007年第4期21卷 78-82,87页

作者：苏建君江五贵黎军顽赵晟南昌航空大学南昌330063

针对薄膜材料在纳米压痕试验时出现的压痕尺寸效应,运用准连续介质法模拟单晶铝膜纳米压痕试验初始塑性变形过程。分析了不同直径的刚性圆柱形压头分别压入同一深度时弹性和塑性变形特点,并获得了相应的载荷—压深曲线。基于Oliver-Phar... 详细信息

针对薄膜材料在纳米压痕试验时出现的压痕尺寸效应,运用准连续介质法模拟单晶铝膜纳米压痕试验初始塑性变形过程。分析了不同直径的刚性圆柱形压头分别压入同一深度时弹性和塑性变形特点,并获得了相应的载荷—压深曲线。基于Oliver-Pharr法,预测了纳米硬度值和弹性模量。研究数据表明:纳米硬度值随着压头直径的增加而减小,呈现出明显的压头尺寸效应;当压头直径达到或超过80时纳米硬度值趋于稳定值,即压头尺寸效应消失。同时表明弹性模量不存在尺寸效应。表明材料的弹性模量本质上仅依赖原子间的结合能,而和压头尺寸基本无关。

关键词：压痕尺寸效应纳米压痕准连续介质法纳米硬度弹性模量

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纳米压痕试验中圆柱形压头尺寸效应

纳米压痕试验中圆柱形压头尺寸效应

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第十届全国塑性工程学术年会、第三届国际塑性加工先进技术研讨会

作者：苏建君江五贵赵晟南昌航空大学材料学院塑性工程系南昌航空大学材料学院塑性工程系南昌航空大学材料学院塑性工程系

针对薄膜材料在纳米压痕试验时出现的压痕尺寸效应,运用准连续介质法模拟单晶铝膜纳米压痕试验初始塑性变形过程,分析了不同直径的刚性圆柱形压头分别压入同一深度时弹性和塑性变形特点,并获得了相应的载荷—压深曲线。基于 Oliver-Pha... 详细信息

针对薄膜材料在纳米压痕试验时出现的压痕尺寸效应,运用准连续介质法模拟单晶铝膜纳米压痕试验初始塑性变形过程,分析了不同直径的刚性圆柱形压头分别压入同一深度时弹性和塑性变形特点,并获得了相应的载荷—压深曲线。基于 Oliver-Pharr 法,预测了纳米硬度值和弹性模量。研究数据表明：纳米硬度值随着压头直径的增加而减小,呈现出明显的压头尺寸效应;当压头直径达到或超过80(?)时纳米硬度值趋于稳定值,即压头尺寸效应消失。同时表明弹性模量不存在尺寸效应。表明材料的弹性模量本质上仅依赖原子间的结合能,而和压头尺寸基本无关。

关键词：压痕尺寸效应纳米压痕准连续介质法纳米硬度弹性模量

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