Атомистические механизмы и кинетика разрушения конденсированного состояния при высокоскоростном деформировании

• Автор: Куксин, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Оглавление

1 Обзор литературы

1.1 Разрушение при импульсном нагружении

1.2 Молекулярно-динамическое моделирование

2 Положение границ устойчивости кристалла и жидкости

2.1 Определение границ устойчивости по расчетам изотерм кристалла и

жидкости

2.2 Оценка кинетической границы стабильности

2.3 Положение границ устойчивости LJ и А1 кристалла и жидкости на

фазовой диаграмме

3 Зарождение полостей в гцк кристалле

3.1 Флуктуации вблизи границы устойчивости кристалла
3.2 Механизмы зарождения полостей
3.3 Частота зарождения полостей в гомогенном кристалле
4 Рост полостей в гцк кристалле
4.1 Механизмы роста полостей
4.2 Скорость роста полостей в кристаллах
5 Кинетика разрушения кристаллов
5.1 Теория зарождения и роста полостей (NAG)
5.2 Включение кинетической модели в гидродинамику
5.3 Релаксация среды при росте полостей
6 Влияние дефектов на кинетику разрушения
6.1 Влияние дефектов на зарождение полостей
6.2 Возможность перегрева и влияние плавления на разрушение

7 Кинетические характеристики в стохастической системе
7.1 К-энтропия
7.2 Корреляция скоростей
7.3 Частота нуклеации
7.4 Скорость фронта плавления

Введение
Актуальность работы
Изучение процессов разрушения материалов под действием импульсных нагрузок имеет большое значение для прикладных задач: создание ударостойких материалов и покрытий, их эксплуатация; развитие технологий обработки материалов с применением импульсных лазеров, пучков частиц, взрыва. Современные экспериментальные методы (воздействие лазерных пучков большой интенсивности на вещество, ударно-волновые эксперименты, субмикросекундные электровзрывы проволочек, подробнее см. [1-10]) дают возможность реализовать очень мощный импульсный энергоиклад в вещество за короткое время. Так лазерная техника позволяет создавать импульсы излучения длительностью вплоть до фемтосекунд (10-15 з), которые рассматриваются как перспективный инструмент для механических воздействий на нанометровых масштабах. В результате мощного импульсного воздействия достигаются метастабильные состояния конденсированных веществ. Такое развитие техники ставит задачи теоретического и экспериментального исследования поведения твердых тел и жидкостей в условиях экстремальных перегревов, сжатий и растяжений.
Экспериментальные методы диагностики [1-3,11-14] постоянно совершенствуются, но на сегодняшний день прямые данные о механизмах и скорости разрушения в субмикросекундном диапазоне немногочисленны. Интерпретация экспериментальных данных зачастую осложняется значительным разнообразием наблюдаемых одновременно динамических явлений. Поэтому на помощь приходят различные теоретические подходы и методы моделирования [15-27], в том числе метод молекулярной динамики [28-45], пространственное и временное разрешение которого близки к характерным масштабам рассматриваемых явлений. Важным близким направлением исследований является описание механизмов и кинетики разных фазовых превращений [46-55].

Глава
Зарождение полостей в гцк кристалле
Проанализированы механизмы спонтанного разрушения кристалла вблизи его границы стабильности и выявлены два сценария: зарождение полостей внутри самого кристалла и плавление с последующим образованием пустот в разупорядо-чивающейся фазе. С помощью разработанного метода диагностики структурных изменений в объеме системы выявлены существенные отличия в характере флуктуаций в этих двух случаях. Обсуждается связь перемены механизма разрушения с особенностями расположения зоны плавления и границ устойчивости.
Гомогенное зарождение полостей в гцк кристаллах изучалось на примере алюминия с помощью потенциала погруженного атома БАМ с параметризацией из работ [78-80]. Применялось два типа расчетов, предназначенных для изучения нук-леации в стационарных условиях и при растяжении с фиксированной скоростью. Моделирование спонтанного зарождения полостей в стационарных условиях, при фиксированных температуре, степени растяжения позволяет рассчитать частоту нуклеации в зависимости от температуры и давления. В расчетах обоих типов наблюдается зарождение полостей в результате флуктуаций плотности.