Болеста А.В.   Fomin V.  

Моделирование поведения ультрамелкозернистой меди в условиях квазистатического и динамического нагружения методом молекулярной динамики

Reporter: Болеста А.В.

В настоящей работе исследовалось механическое поведение монокристаллической и ультрамелкозернистой меди, подверженной квазистатическому и динамическому нагружению. Межатомное взаимодействие в меди рассчитывалось в рамках метода внедренного атома. Формирование поликристаллической структуры в материале осуществлялось путем охлаждения из расплава в различных температурных режимах, что приводило к образованию образцов со средним размером зерна от 1 до 15 нм. Квазистатическая деформация осуществлялась путем одноосного растяжения и сжатия образца со скоростью деформации 108 с-1. В результате расчетов показано убывание модуля Юнга и предела текучести меди с уменьшением среднего диаметра зерна в нанокристаллической меди при d < 10 нм. С увеличением размера зерна при d > 10 нм модуль Юнга выходит на константу около 110 ГПа, что соответствует наблюдаемой величине в экспериментах с чистой поликристаллической медью, а предел текучести, образуя максимум около 10 нм, в дальнейшем убывает с ростом зерна в соответствии с законом Холла-Петча. Моделирование динамического деформирования выполнялось путем возбуждения в материале ударной волны ударником, движущимся со скоростью от 500 до 4000 м/с. Плавление за фронтом ударной волны происходит при скорости ударника около 2300 м/с, что соответствует давлению около 150 ГПа и температуре 3500 К. Состояние вещества за фронтом ударной волны удовлетворяет соотношениям ударной адиабаты Гюгонио. При этом, в зависимости от размера зерна в поликристаллической меди, степень сжатия материала и скорость ударной волны варьируются в пределах нескольких процентов при фиксированной скорости ударника, а зависимость скорости фронта от скорости ударника совпадает с экспериментом. Исследование механизма распределения внутренней энергии в сжатом состоянии на кинетическую и потенциальную составляющие показало, что диссипация энергии межзеренных границ приводит к повышению температуры за фронтом для материала с самым малым размером зерна (d < 3 нм) на величину около 10 процентов по сравнению с монокристаллическими и крупнокристаллическими образцами.