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金属材料微观损伤的研究对于人们认识材料的性质、进行材料合成以及工程应用都有着至关重要的作用。随着计算机技术的飞速发展,分子动力学方法逐渐成为了人们研究金属材料微观损伤的重要方法。分子动力学方法在研究金属材料微观塑性变形、相变、微观损伤断裂等微观力学规律的有效方法。在本文中,我们采用分子动力学程序LAMMPS模拟了高应变率拉伸加载下面心立方单晶铝中的微观损伤演变过程,并采用了不同的方法对其进行了详细分析。研究内容包括:(1)拉伸加载下孔洞表面应力分布情况以及孔洞在不同方向上的尺寸变化;(2)孔洞表面位错的产生与发展过程;(3)孔洞与空位所占体积份额对单晶铝力学性能的影响。含孔洞的单晶铝在高应变率拉伸加载下孔洞表面的应力分布表明,在孔洞表面存在着应力集中的区域,而孔洞的尺寸变化也与这些应力集中区域密切相关。总体来说,在弹性形变阶段,孔洞的尺寸随着拉伸加载的进行而逐渐增大,但是这个过程并不是均匀的,在孔洞表面应力集中的区域会产生山峰状的突起。在进入塑性形变阶段后,位错正是在这些应力集中区域处产生的。面心立方铝晶体拉伸加载下的应力应变响应分析可以看出,不同加载晶向情况下,晶体的弹性模量、屈服强度有着明显的差异。通过分析孔洞表面位错的产生和发展的结果表明,不同加载晶向的情况下,位错在孔洞表面产生的位置以及发展形式区别十分明显。通过引入一个FCC晶体的滑移面和滑移方向组成的八面体,可以看出不同的加载晶向所激活的滑移系统的数量以及它们的施密特因子是不同的。随着加载的进行,材料先是产生弹性形变,孔洞表面应力集中,滑移系统被激活,随后发生剪切位错环的发射和滑移,材料进入塑性形变阶段。材料的应力在达到屈服应力后发生突然的下降,直至材料断裂。本文分别研究了不同孔洞和空位体积份额对材料力学性能的影响,以及孔洞和空位的共同影响。数值模拟结果表明,孔洞/空位体积份额变化对孔洞生长过程都有着明显影响,而且存在着各向异性。随着孔洞/空位份额的增加,材料的杨氏模量变小,屈服强度和屈服应变也在变小。但是在两者份额相等的情况下,孔洞导致的屈服强度降低更为明显。本文研究了拉伸加载下单晶铝中孔洞和空位体积份额对材料力学性能的影响,在孔洞生长的弹性形变阶段,从应力应变关系、应力分布、孔洞形状的演化等方面进行了分析。在孔洞生长的塑性形变阶段,采用了位错分析方法,对三个加载晶向下孔洞表面位错产生和发展的过程、位错的相互作用以及孔洞的长大直至材料断裂的微观机理进行了细致分析。分子动力学计算提供的关于缺陷结构及其相互作用的信息,可以作为多尺度研究辐照损伤过程下一个较大空间尺度层次——介观尺度研究的输入数据。本文的研究成果对全面理解辐照损伤问题,改进材料性能、发展抗辐照材料具有重要意义。