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1、碩士學(xué)位論文納米晶鎳微成形尺寸效應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究MOLECULARDYNAMICSSIMULATIONSTUDYOFSIZEEFFECTINNANOCRYSTALLINENICKELMICROFORMING許傳龍哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年6月哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TG302學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：621.73密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文納米晶鎳微成形尺寸效應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究碩士研究生：許傳龍導(dǎo)師：袁林副教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：材料加工工程所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2015年6月授予學(xué)位單位
2、：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文ClassifiedIndex:TG302U.D.C:621.73DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMOLECULARDYNAMICSSIMULATIONSTUDYOFSIZEEFFECTINNANOCRYSTALLINENICKELMICROFORMINGCandidate：XuChuanlongSupervisor：Assoc.Prof.YuanLinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSp
3、eciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要納米多晶材料由于晶粒尺寸較小，常常表現(xiàn)出與粗晶材料不同的性質(zhì)，其變形區(qū)的大小處于納米尺度，隨著晶粒尺寸及試樣尺寸的變化，材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、塑性成形性能和成形工藝參數(shù)都呈現(xiàn)出與
4、常規(guī)粗晶材料的塑性成形過(guò)程不同的特點(diǎn)，具有尺寸效應(yīng)。本文基于分子動(dòng)力學(xué)模擬，研究了多晶與單晶鎳納米柱的塑性變形過(guò)程，觀察到了尺寸效應(yīng)并分析其產(chǎn)生的原因。為研究多晶晶粒尺寸效應(yīng)，本文進(jìn)行了晶粒尺寸為5.818nm、7.33nm、9.236nm、11.636nm、14.662nm、18.471nm及22.63nm的多晶鎳納米柱0K及300K條件下單軸壓縮模擬，結(jié)果表明尺寸效應(yīng)主要受多晶塑性變形機(jī)制的影響。在0K溫度下，多晶的塑性變形主要依靠孿晶變形，而300K多晶的塑性變形主要由晶界的運(yùn)動(dòng)主導(dǎo)。0K下多晶的塑性變形表現(xiàn)出明顯的晶粒尺寸效應(yīng)，流動(dòng)應(yīng)
5、力隨晶粒尺寸的減小而降低，呈反Hall-Petch關(guān)系。這主要是由孿晶變形的尺寸效應(yīng)所造成的，大尺寸晶粒中孿晶較少而且傾向于由擴(kuò)展位錯(cuò)形成孿晶，這種孿晶形成機(jī)制并不容易進(jìn)行；而小尺寸晶粒中孿晶較多且傾向于由晶界發(fā)射的Shockley分位錯(cuò)形成孿晶，這種孿晶形成機(jī)制具有連續(xù)性。300K下晶界的運(yùn)動(dòng)弱化了孿晶所造成的尺寸效應(yīng)。在其作用下，晶粒形狀產(chǎn)生較大的變形，甚至因晶界破裂產(chǎn)生晶粒的合并長(zhǎng)大。為了研究多晶試樣尺寸效應(yīng)，模擬了不同圓柱直徑的多晶納米柱微壓縮過(guò)程，發(fā)現(xiàn)隨著直徑的增大，多晶的屈服應(yīng)力隨之增大。同時(shí)，運(yùn)用表面層模型解釋了這一現(xiàn)象。為研究
6、單晶取向效應(yīng)，本文還模擬了取向?yàn)閇100]、[111]、[110]、[112?]和[2?6?5]的單晶納米柱在0K下單軸壓縮過(guò)程，結(jié)果表明不同晶體取向的納米柱塑性變形機(jī)制不同。同時(shí)為研究尺寸效應(yīng)，模擬了不同晶粒尺寸的單晶納米柱的單軸壓縮過(guò)程，發(fā)現(xiàn)屈服應(yīng)力隨晶粒尺寸的變化呈一種“越小越強(qiáng)”的趨勢(shì)。為驗(yàn)證納米材料中的試樣尺寸效應(yīng)，本文采用電沉積法制備了晶粒尺寸約為50nm的納米晶Ni箔材，并對(duì)不同厚度的箔材做室溫拉伸試驗(yàn)。同時(shí)，建立不同厚度的多晶Ni模型，進(jìn)行了單軸拉伸模擬。對(duì)比試驗(yàn)與模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著箔材厚度的增加，箔材的彈性模量、屈服強(qiáng)度等力
7、學(xué)性能參數(shù)隨之提高。關(guān)鍵詞：尺寸效應(yīng)；取向效應(yīng)；納米晶鎳；分子動(dòng)力學(xué)模擬I哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractNanocrystallinematerialshavedifferentmechanicalpropertiesfromthecoarse-grainmaterialsduetosmallgrainsize.Withgrainsizechange,thestress-strainrelationship,plasticdeformationpropertiesandformingparameterswillchangewi
8、thdifferenttrendfromthecoarse-grainmaterials,anditiscalledsizeeffect.Sotheplasticd
