高速撞击下延性金属中纳米孔洞贯通的微观塑性机制研究

延性金属材料中发生的层裂是微孔洞演化诱致灾变的过程，微孔洞的贯通在其中起着关键作用。但目前对孔洞之间的贯通还多用临界应力、临界应变、临界孔洞间距、临界孔隙率等唯象参数来表征，缺乏对贯通的微观机制认识，严重影响对层裂的预测和描述。.本课题利用分子动力学方法建立标准平面层裂计算模型，克服以往研究中不考虑冲击压缩过程的不足，直接从微观尺度出发研究冲击加载下典型延性金属铜中纳米孔洞增长直至贯通的演化过程。通过模拟不同的冲击加载及孔洞分布等条件，系统研究这一过程中位错、晶界等典型微结构的演化规律及其对孔洞贯通的作用，从而揭示孔洞贯通过程的内在物理力学机制。.本项目研究的意义是，直接从微观尺度洞察孔洞贯通这一损伤演化的重要阶段，得到含微结构信息的损伤演化动力学规律，澄清蕴含在其中的内在物理力学机制。这将丰富和发展人们关于动态损伤演化和层裂起源的认识。

延性金属在高强动载下的层裂是武器物理以及工程学得一个重要基础科学问题。就其本质而言，延性金属的层裂是材料内部微孔洞成核、长大、贯穿，最后导致材料发生灾变式断裂的一种损伤随时空演化的动力学过程。本课题利用分子动力学模拟的方法，从微观尺度出发研究了在冲击以及卸载作用下三个晶向单晶铜成核、长大直至贯穿的演化过程。研究结果具有重要的科学意义。本课题在以下几方面取得进步：（1）确定了孔洞贯穿的剪切位错发射机理;(2)首次证明了孔洞的初始结构对空洞贯穿的影响;(3)确定了不同晶向的单晶,最快空洞贯穿角度不同.并澄清了蕴含在其中的内在物理力学机制.