高壓下金屬銅、鐵、鋁的彈性和熱力學(xué)性質(zhì)計算研究.pdf

1、金屬的各種物性參量(如晶格常數(shù)、線膨脹系數(shù)、德拜溫度、楊氏模量等)之間存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系,當(dāng)材料處于極端環(huán)境下時,如高溫高壓環(huán)境,材料的各種物性都會發(fā)生變化,從而影響材料的性能,而從理論上尋找它們之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律一直是理論工作者感興趣的前沿與熱點(diǎn),研究對材料實驗科學(xué)和材料工程科學(xué)有非常重要的指導(dǎo)意義,很多學(xué)者已開展該方面的研究工作。
　　本文我們首先介紹了金屬材料高壓性質(zhì)研究的探究過程和發(fā)展現(xiàn)狀,其次對分子動力學(xué)模擬的基本方法以及

2、嵌入式原子勢函數(shù)進(jìn)行了描述,然后利用分子動力學(xué)模擬程序?qū)Ω邏合陆饘巽~、鐵、鋁等金屬的彈性和熱力學(xué)性質(zhì)做了研究。模擬結(jié)果成功給出了金屬材料銅、鐵、鋁在拉伸和壓縮兩種應(yīng)力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)變化和彈性、熱力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)變化。
　　對金屬材料進(jìn)行模擬計算時,勢函數(shù)的恰當(dāng)選取至關(guān)重要,甚至對模擬計算的成功與否起到?jīng)Q定性作用,通過對各種勢函數(shù)的分析驗證,本文對勢函數(shù)的選取如下:金屬銅和鋁采用mishin等人擬合的EAM勢函數(shù),金屬鐵采用Voter-

3、Chen擬合的Embedded Atom Method(EAM)勢函數(shù),利用這兩種勢函數(shù)分別計算了銅和鋁以及鐵的彈性常數(shù),相變閾值壓力,通過與別的勢函數(shù)的對比驗證發(fā)現(xiàn),我們所采用的兩種勢函數(shù)對于研究金屬的彈性和熱力學(xué)性質(zhì)非常恰當(dāng),能夠較為準(zhǔn)確的反映三種金屬材料的彈性和熱力學(xué)性質(zhì)。
　　利用分子動力學(xué)模擬方法,采用EAM勢對單晶金屬銅、鐵、鋁的高壓下的彈性性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了計算研究:首先計算了幾種金屬的冷能曲線,計算得到了鐵的相