双金属轧制的分子动力学模拟

论文摘要

近年来,双金属复层材料以其优良的性能,越来越受到人们的重视。许多学者对不同金属的复合轧制进行了宏观上的研究分析。本文则是采用了分子动力学的方法从原子、分子层次对材料轧制的微观力学行为进行初步的研究分析,有助于从深层次了解实际工程中遇到的问题,对实践具有一定的意义。本文主要采用镶嵌原子势函数和应用分子动力学方法模拟了在室温条件下单晶铜薄板的轧制过程。本文选用镶嵌原子势函数,推导了该势函数下原子间的作用力公式,并绘出单晶铜两个原子之间的势函数及作用力的曲线图。分析了不同初始条件和不同动力学方程积分格式对模拟结果的影响,然后采用适合的初始条件和积分格式建立模型。对不同粗糙度的模型进行弛豫,得到了各个模型弛豫阶段的势能变化情况。从原子应力角度,分析了弛豫阶段表面效应的影响,得到对于单晶铜表面效应影响到向内的二层原子对于第三层原子影响较小的结论,试件弛豫稳定后显示出表面受拉,内部受压的应力状态。并且由于各模型粗糙度不同,使得基层与覆层接触的原子个数各不相同,最终得到的各模型弛豫后的原子构型图也都不同。本文模拟了单晶铜薄板轧制的全过程。给出了不同轧制力作用下各个模型的原子分布图,得到了各个模型的轧制力数值。分析了不同模型薄板轧制的全过程,当轧制力足够大时,纳米单晶铜薄板构型发生变化,基层与覆层的表面原子逐渐靠近,并最终达到基层和覆层粘结在一起的情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 轧制复合的理论研究方法
• 1.3 分子动力学方法的研究进展
• 1.4 本文的研究意义、内容和目的
• 第2章 分子动力学模拟技术
• 2.1 引言
• 2.2 分子动力学的基本原理
• 2.2.1 分子动力学模拟的系统状态
• 2.2.2 初始条件及边界条件
• 2.2.3 原子势函数
• 2.2.4 数值计算方法
• 2.2.5 系统控制方法
• 2.3 分子动力学实际应用中的几个细节问题
• 2.3.1 宏微观单位的统一
• 2.3.2 分子动力学的加速计算方法
• 2.4 分子动力学模拟的基本步骤及程序实现
• 2.4.1 分子动力学模拟的主要步骤
• 2.4.2 分子动力学的程序的编制
• 2.5 本章小结
• 第3章 势能函数的选取
• 3.1 引言
• 3.2 镶嵌原子势能函数的选取
• 3.3 原子间力的计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 初始条件和积分格式的影响
• 4.1 引言
• 4.2 初始模型的建立
• 4.3 时间步长的选择
• 4.4 初始条件对弛豫过程的影响
• 4.5 积分方法对模拟的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 理想单晶铜薄板轧制过程及分析
• 5.1 引言
• 5.2 模型的建立
• 5.3 弛豫过程分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 粗糙单晶铜薄板轧制过程及分析
• 6.1 引言
• 6.2 建立模型及模型计算方法
• 6.3 模拟结果分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介