Al12Mg17裂纹扩展行为的分子动力学模拟

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5XXX系铝镁合金由于具有强度高,韧性好,容易散热,以及较好的抗腐蚀性与焊接性能等优点,使其应用于航空航天、汽车、3C产品等领域。但是,铝镁合金的基体中存在大量第二相粒子,这些第二相粒子对材料的力学性能、断裂韧性等均产生重要影响。本文使用LAMMPS软件基于嵌入原子法对5XXX系铝镁合金中常见的粗大第二相粒子Al12Mg17进行分子动力学模拟。模拟中分别建立了不含条形裂纹和含条形裂纹的初始模型以及不同裂纹长度和数量模型,在进行单轴拉伸的同时对模型施加相同条件下进行比较。记录了不同时刻原子坐标、温度、应力值,并根据原子势能变化图和应力-应变曲线对不同条件下的拉伸过程进行了分析。在对无预制条形裂纹的Al12Mg17模型在300K常温沿X轴拉伸分析中发现:在应变?=0.175时应力达到峰值3.85Gpa。在分析存在预制条形裂纹Al12Mg17模型单轴拉伸时,由于条形裂纹的存在体系的初始势能增大,Al12Mg17的抗拉强度明显降低,拉伸过程提前进入塑性变形阶段;并且在应力达到峰值时体系的势能和应力开始下降直到拉断时明显趋于平缓状态。在模拟不同温度对含有预制条形裂纹模型性能影响时发现:随着温度的升高整个体系的势能增大,弹性阶段逐渐变短尤其在温度500K时,弹性阶段几乎不存在,并且整个塑性阶段拉长。与300K相比,400K和500K时模型的抗拉强度有所提高。在改变条形裂纹的长度时发现Al12Mg17随着裂纹长度的增加模型的抗拉强度有所降低,在预制条形裂纹长度为2a0时的抗拉强度为3.016Gpa,到条形裂纹长度为5a0时的抗拉强度为2.3286Gpa,而且由于越长的裂纹有越大的接触面积,使其更容易吸收周围的空位进行成长,从而使得拉断进行地更快速,此时对应的势能曲线图可以很好的说明了此现象,条形裂纹增加时,势能下降的趋势明显变快。在模拟不同数量的条形裂纹对Al12Mg17模型性能的影响时发现:随着条形裂纹数量的增多,模型的抗拉强度下降且塑性变形能力增强,在1条裂纹时的抗拉强度为2.858GPa,条形裂纹数量增加到3条时的抗拉强度为2.350GPa。条形裂纹数量的增加虽然使整个势能变大但是并没有影响整体势能变化趋势。
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