东北大学学报（自然科学版）

东北大学学报(自然科学版) ›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (9): 1319-1321.DOI: -

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金属薄膜裂纹扩展的分子动力学研究

姜文全，杜广煜，巴德纯，查英英   

  1. (东北大学机械工程及自动化学院，辽宁沈阳110819)
  • 收稿日期:2013-03-25 修回日期:2013-03-25 出版日期:2013-09-15 发布日期:2013-04-22
  • 通讯作者: 姜文全
  • 作者简介:姜文全(1979-)，男，辽宁锦州人，东北大学博士研究生；巴德纯(1954-)，男，辽宁沈阳人，东北大学教授，博士生导师.
  • 基金资助:
    国家自然科学青年基金资助项目(51005043)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(N100303004)；教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20120042110031).

Molecular Dynamics Study of Crack Extension of Metal Film

JIANG Wenquan， DU Guangyu， BA Dechun， ZHA Yingying   

  1. School of Mechanical Engineering & Automation， Northeastern University， Shenyang 110819， China.
  • Received:2013-03-25 Revised:2013-03-25 Online:2013-09-15 Published:2013-04-22
  • Contact: BA Dechun
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摘要： 研究了冲击载荷作用下金属薄膜表面裂纹扩展的微观机制，采用分子动力学方法对Cu薄膜进行模拟计算，求得冲击载荷作用下带有表面裂纹模型的系统动能、应力、应变及微观结构变化图.当系统从压应力转变为拉应力状态时，裂纹上的原子获得较大动能，裂纹尖端原子开始发生溅射，继而晶格内部出现空位.当拉应力达到364385MPa时，空位扩大形成裂尖钝劈现象，裂纹发生扩展.结果表明:在高速冲击载荷作用下，金属薄膜裂纹扩展主要原因是系统能量和应力的变化使得微裂纹尖端出现钝劈损伤.

关键词: 冲击载荷, 金属薄膜, 裂纹扩展, 分子动力学, 钝劈损伤

Abstract: The microscopic mechanism of metal film crack extension under impact loading was investigated. Molecular dynamics method was adopted to simulate Cu metal film， and the system kinetic energy， stress， strain and microstructure charts were obtained with surface cracks under impact loading. When the system stress shifted from compressive stress to tensile stress， the atoms on the crack got large kinetic energy， and atoms on crack tips began to sputter， then vacancies appeared in the crystal lattice. When tensile stress reached 364385MPa， lattice vacancies extended to blunt cuts， and the crack grew. The results show that the change of the system energy and stress causes bluntcut damage to the microcrack tips， which is the main reason of metal film crack extension under high speed impact loading.

Key words: impact loading, metal film, crack extension, molecular dynamics, bluntcut damage

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