热-力耦合作用下含缺陷单晶铝动态拉伸变形及破坏机理

摘要

为分析缺陷构型和环境温度对材料变形、损伤演化及破坏机理的影响，采用分子动力学方法，结合嵌入原子势(EAM)对含缺陷构型(孔洞数量、双孔洞空间分布)与环境温度耦合作用下的单晶铝模型进行动态拉伸模拟，系统揭示其变形及破坏机制。结果表明：孔洞数量从1增加至4,单晶铝的力学性能显著降低，其抗拉强度较完美模型下降36.7%～37.2%。同时，拉伸速率对该效应具有强化作用，在拉伸速率为1.62Å/ps时，抗拉强度降幅达38.8%～39.4%;双孔洞模型存在临界间距，其阈值d＿c=40Å。当双孔洞间距d为20Å时，抗拉强度较临界间距模型降低7.1%;当d为80Å时，间距效应随拉伸速率的升高呈现弱化趋势(强度波动<4%)。通过微观变形分析得到，在塑性阶段，位错环扩展诱发孔洞聚合；环境温度从200 K升高至400 K,引发单晶铝材料热软化效应，导致抗拉强度衰减，降幅为23.6%～26.7%。结论揭示了拉伸速率、温度与缺陷之间的关联，为材料微结构设计及微纳器件强韧化调控提供了一定的数据支撑。

关键词

耦合 / 动态拉伸 / 孔洞演变 / 破坏机制