高强度X80管线钢裂纹变形机制的分子动力学模拟研究

"裂纹尖端位错发射与运动的分子动力学模拟 (2011年) - 四川大学学报(自然科学版)" 本文是一篇发表于2011年的自然科学论文，主要研究高强度X80管线钢基体相α-Fe材料中的裂纹尖端变形机理。在高强度材料中，理解这一机制对于预测和防止材料失效至关重要。研究人员采用了嵌入原子方法（EAM）来描述原子间的相互作用力，通过大型分子动力学并行软件LAMMPS（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）构建了大尺寸的模型，以消除边界对位错发射和运动的影响。 在实验中，研究者对含有中心裂纹的样本施加远场应力载荷，以此来观察裂纹尖端位错的行为。模拟结果表明，当受到远场应力作用时，裂纹尖端会间歇性地发射位错。具体表现为，首先沿着[111]晶向发射首个位错，这个位错会移动大约38个晶格间距，随后裂纹尖端会继续发射后续的位错。随着位错的连续发射，裂纹尖端表现出钝化的现象，同时伴随着裂纹的逐渐扩展。这一发现揭示了材料韧性裂纹扩展的微观机制。 关键词涉及到分子动力学、位错发射、位错运动、裂纹尖端钝化以及韧性裂纹扩展。这些关键概念都是材料科学和固体力学中的核心内容。分子动力学是一种强大的计算工具，用于模拟和理解原子级别的物理过程，如位错的形成和运动。位错发射和运动是材料塑性变形的主要方式，而裂纹尖端钝化则是材料抵抗裂纹扩展的一种机制，通常与材料的韧性有关。韧性裂纹扩展则涉及裂纹如何在吸收能量的同时逐渐增长，这是材料破坏的重要过程。 这篇论文的贡献在于通过分子动力学模拟深入理解了高强度X80管线钢中裂纹尖端的动态行为，这对于改善材料性能、设计更耐久的结构以及预测材料在实际应用中的行为具有重要意义。通过这种方式，工程师可以更准确地评估材料在各种工况下的行为，从而提高工程安全性和效率。