基于LAMMPS的非晶銅結(jié)構(gòu)特性分子動(dòng)力學(xué)研究

基于LAMMPS的非晶銅結(jié)構(gòu)特性分子動(dòng)力學(xué)研究目錄TOC\o"1-2"\h\u322521引言 1190941.1研究意義 198011.2研究背景 1262012模擬與方法 396302.1模擬軟件介紹 3160352.2分子動(dòng)力學(xué)模擬方法 4121652.3結(jié)構(gòu)分析方法 6101743模擬結(jié)果和分析 688023.1非晶形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)變化 6319283.2溫度對(duì)應(yīng)力的影響 7292803.3不同應(yīng)變、溫度對(duì)應(yīng)力松弛及彈性恢復(fù)的影響 864274結(jié)論 143265參考文獻(xiàn) 1515739致謝 16

摘要：用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，模擬銅熔體的快速冷凝，用徑向分布函數(shù)法（rdf）驗(yàn)證非晶銅的形成，結(jié)果表明，徑向分布函數(shù)第二峰均發(fā)生了劈裂，是非晶銅形成的標(biāo)志；對(duì)非晶銅進(jìn)行拉伸模擬，研究非晶銅的應(yīng)力松弛，探索不同溫度下單軸拉伸的非晶銅應(yīng)力丶應(yīng)變關(guān)系，結(jié)果表明，溫度對(duì)非銅性能影響很大，隨著溫度從300K升高到700K，屈服強(qiáng)度下降，屈服應(yīng)變點(diǎn)也向左移動(dòng)；同一溫度下，應(yīng)變加載會(huì)使單晶銅發(fā)生彈塑性應(yīng)力應(yīng)變行為，在一定的溫度和應(yīng)變下，非晶銅會(huì)發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，應(yīng)力松弛會(huì)導(dǎo)致非晶銅最大彈性恢復(fù)量的減少。關(guān)鍵詞:分子動(dòng)力學(xué)；非晶；拉伸；應(yīng)力松弛；彈性恢復(fù)1引言1.1研究意義金屬玻璃是一種金屬材料，具有非晶結(jié)構(gòu)，類似于玻璃的無(wú)規(guī)則狀態(tài)。它由金屬元素或合金構(gòu)成。它是由美國(guó)著名的科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)并制作出來(lái)的，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)類似與玻璃的無(wú)規(guī)則狀態(tài)，所以又被稱為“金屬玻璃”。金屬玻璃具備獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，包括高強(qiáng)度。金屬玻璃具有硬度高、耐腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，還具備一定的彈性和導(dǎo)電性。這是因?yàn)榻饘俨ＡЬ哂蟹蔷B(tài)結(jié)構(gòu)，原子排列沒(méi)有規(guī)律性，因而具備比晶體金屬更強(qiáng)的硬度和強(qiáng)度，這種材料在制造領(lǐng)域有著廣泛的用途，例如用于制造精密儀器、電子設(shè)備和汽車零部件。金屬玻璃有長(zhǎng)久的疲乏壽命，可以在惡劣環(huán)境中保持其不變的特性。此外，金屬玻璃還展現(xiàn)一定程度的韌性，使金屬玻璃在諸如航空航天、醫(yī)療器械等特殊領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步，金屬玻璃在材料科學(xué)領(lǐng)域不斷發(fā)展。研究在不斷深化，為未來(lái)更多領(lǐng)域的創(chuàng)新開(kāi)辟了新的可能性。無(wú)序系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征以及其在熱力學(xué)和力學(xué)的行為過(guò)程中，結(jié)構(gòu)的變化很難通過(guò)真實(shí)實(shí)驗(yàn)獲取。因此，計(jì)算機(jī)分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以探索無(wú)序體系的分子運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)作為一種重要的力學(xué)信息獲取工具，目前已在科研界以及工業(yè)界等許多領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用，取得了許多成果，這些研究成果至關(guān)重要。如材料科學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，以探索材料結(jié)構(gòu)、性能以及相變等方面的課題。這種模擬技術(shù)可以模擬原子級(jí)別的動(dòng)力學(xué)行為，幫助研究人員深入了解材料性質(zhì)的內(nèi)在機(jī)制。通過(guò)研究在不同條件下的原子或分子的運(yùn)動(dòng)，能夠揭示材料的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為，為材料的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供重要的參考依據(jù)。1.2研究背景隨著科技的發(fā)展，極大地推動(dòng)了高強(qiáng)度和高導(dǎo)電材料在航空航天、醫(yī)療器械、新能源汽車等方面的應(yīng)用，由于銅具有優(yōu)良的機(jī)械和理化性能，并且具有高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電、高硬度以及耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，目前，基于銅的分子動(dòng)力學(xué)模擬的力學(xué)丶熱力學(xué)性質(zhì)的研究已取得重要進(jìn)展，Li等REF_Ref31635\r\h[1]建立了單晶銅的分子動(dòng)力學(xué)模型。其團(tuán)隊(duì)采用嵌入原子勢(shì)的方法（EmbedbedAtomMethod，EAM）研究了單晶銅在不同溫度下的剪切行為。從結(jié)果得到的數(shù)據(jù)顯示，單晶銅在溫度為絕對(duì)零度時(shí)的剪切模量大約為40Gpa，且剪切模量會(huì)因?yàn)闇囟鹊脑黾佣鴾p小。Liu等REF_Ref31742\r\h[2]通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究了多晶銅在快速應(yīng)變條件下的微觀結(jié)構(gòu)演化。從結(jié)果得到的數(shù)據(jù)顯示，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了孿晶，且孿晶和位錯(cuò)一起決定了塑性變形，兩者的產(chǎn)生能夠增強(qiáng)材料的韌性和強(qiáng)度，且快速應(yīng)變的速率和大應(yīng)變能推動(dòng)位錯(cuò)和孿晶的形成。梁海弋等REF_Ref31824\r\h[3]采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的方法，研究了絕對(duì)零度時(shí)三種不同邊界條件下納米銅單晶的拉伸力學(xué)性能。從結(jié)果得到的數(shù)據(jù)顯示納米桿、納米薄膜的應(yīng)力應(yīng)變曲線及內(nèi)在變形原理大致相似，但納米薄膜中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到更大的妨礙從而強(qiáng)度會(huì)稍微高一些；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是塑性形變的由來(lái)；兩者都在應(yīng)變0．1附近出現(xiàn)位錯(cuò)，隨后發(fā)生很大的塑性流動(dòng)。而位錯(cuò)在銅單晶塊體中受到非常大的阻礙，因此塊體的強(qiáng)度極高，但破壞時(shí)延性相對(duì)較小。Yang等REF_Ref31889\r\h[4]采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的方法，研究了在三向拉伸條件下，孔洞、應(yīng)變率、低溫對(duì)單晶銅力學(xué)性能的影響。從結(jié)果得到的數(shù)據(jù)顯示，減小孔洞尺寸和加快應(yīng)變的速率都能提高單晶銅的強(qiáng)度，且屈服應(yīng)力易受結(jié)晶方向影響。魏雙磊等REF_Ref31945\r\h[5]采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，研究了快速應(yīng)變速率下溫度對(duì)單晶銅拉伸微觀變形的影響。從結(jié)果得到的數(shù)據(jù)顯示隨著溫度升高，屈服強(qiáng)度會(huì)下降；同一溫度下應(yīng)變加載會(huì)使單晶銅發(fā)生彈塑性應(yīng)力應(yīng)變行為，說(shuō)明了溫度和形變是產(chǎn)生位錯(cuò)和晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的重要原由，在屈服點(diǎn)后發(fā)生塑性形變會(huì)引起位錯(cuò)密度、晶體的構(gòu)型和晶體種類的轉(zhuǎn)變。趙九洲等REF_Ref32000\r\h[6]運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的方法，探討了Cu熔體在冷卻過(guò)程中形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的能力。從結(jié)果得到的數(shù)據(jù)顯示，增加壓力會(huì)提高Cu熔體在冷卻過(guò)程中形成晶體的傾向。在高壓下冷卻的Cu非晶態(tài)結(jié)構(gòu)中包含了較多的晶態(tài)原子團(tuán)，其有序性較高。王廣海等REF_Ref32036\r\h[7]研究了非晶Cu形成過(guò)程及其力學(xué)性能，從結(jié)果得到的數(shù)據(jù)顯示非晶Cu拉伸加載過(guò)程中微觀型態(tài)的變化與單晶Cu完全不同。隨著拉伸應(yīng)變的增加，單晶Cu會(huì)出現(xiàn)明顯的滑移帶,而非晶cu則沒(méi)有。在維持恒定變形的材料中，應(yīng)力會(huì)隨時(shí)間的增加而減小，這種現(xiàn)象為應(yīng)力松弛REF_Ref32216\r\h[8]。應(yīng)力松弛的原理是居于材料微觀結(jié)構(gòu)和塑性變形機(jī)制的。對(duì)于晶體材料而言，在受到外部載荷時(shí)，材料中的原子和晶格結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變形以保持平衡狀態(tài)，但是，這些變形也意味著內(nèi)部應(yīng)力的積累。如果受到外部載荷的持續(xù)作用，內(nèi)部應(yīng)力將繼續(xù)積累，直到達(dá)到材料的強(qiáng)度極限。當(dāng)材料達(dá)到了這個(gè)強(qiáng)度極限時(shí)，它將開(kāi)始發(fā)生塑性變形行為，及原子和晶格結(jié)構(gòu)開(kāi)始移動(dòng)和重新排列，以緩解內(nèi)部應(yīng)力。這個(gè)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致材料的內(nèi)部應(yīng)力逐漸減低，而在受到外部的持續(xù)載荷時(shí)，材料會(huì)對(duì)這些變形進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)。材料的彈性恢復(fù)與其力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。材料的彈性變形不僅受外力影響，而且與晶體內(nèi)部畸變有關(guān)，如空位、位錯(cuò)等缺陷周圍原子排列不規(guī)則而存在彈性變形REF_Ref277\r\h[9。盡管應(yīng)力松弛可以減緩或緩解材料內(nèi)部應(yīng)力的積累，但它也可以導(dǎo)致材料的塑性變形和結(jié)構(gòu)變化。這些變化會(huì)對(duì)材料的性能和壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至可能造成一定的危害。目前，對(duì)非晶銅力學(xué)行為的研究還及其稀少，特別是微觀原子角度下的塑性變形過(guò)程所伴隨的應(yīng)力松弛和彈性恢復(fù)規(guī)律及其中包含的原理還不清楚。本文應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，研究非晶銅的應(yīng)力松弛，探索單軸拉伸的非晶銅應(yīng)力丶應(yīng)變關(guān)系。從原子角度對(duì)此現(xiàn)象深入研究，以進(jìn)一步加深此方面的理解，并彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)研究的不足。對(duì)非晶銅的應(yīng)力松弛的研究的相關(guān)成果可以揭示材料的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為，為材料的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供重要參考。2模擬與方法2.1模擬軟件介紹LAMMPS是一款專業(yè)的分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件，專門用于模擬原子丶分子和大分子體系的運(yùn)動(dòng)和相互作用。LAMMPS是由美國(guó)國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心開(kāi)發(fā)，它的核心特點(diǎn)之一時(shí)其高度可擴(kuò)展的并行化能力，可以在單個(gè)處理器上運(yùn)行，也可利用多核丶分布式內(nèi)存架構(gòu)甚至更高計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)。這使得LAMMPS能夠處理龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，包括數(shù)百萬(wàn)個(gè)粒子，以便進(jìn)行高分辨率和長(zhǎng)時(shí)間尺度的模擬。此外，LAMMPS還支持不同的模擬算法和力場(chǎng)模型，用戶可以根據(jù)不用的研究需求選擇合適的模擬方法。它提供了豐富的功能和靈活的輸入選項(xiàng)，使用戶能夠模擬不同材料的動(dòng)力學(xué)行為，如固體丶液體丶?xì)怏w等。用戶可以通過(guò)定義原子丶分子的屬性和相互作用力場(chǎng)等參數(shù)來(lái)定制自己的模型。LAMMPS內(nèi)置了許多實(shí)用工具，用于數(shù)據(jù)處理丶可視化和結(jié)果分析。它支持多種輸出格式，例如文本文檔格式丶二進(jìn)制和可視化文件，以便用戶進(jìn)行后續(xù)處理和結(jié)果展示。LAMMPS的社區(qū)龐大而活躍，為用戶提供了大量的文檔丶教程和實(shí)例，以便用戶能夠快速上手和解決實(shí)際問(wèn)題。用戶還可以通過(guò)官方網(wǎng)站等方式與其他用戶進(jìn)行交流和經(jīng)驗(yàn)分享。由于其強(qiáng)大的功能以及靈活的可擴(kuò)展性，LAMMPS被廣泛應(yīng)用于科研界與與工業(yè)界的許多領(lǐng)域。無(wú)論是對(duì)于科研機(jī)構(gòu)還是工業(yè)界，LAMMPS都是一種理想的工具，用于深入研究原子分子相互作用以及材料的物理性質(zhì)。OVITO是一款用于分子動(dòng)力學(xué)（MD）數(shù)據(jù)可視化和分析的軟件。他是一個(gè)強(qiáng)大而靈活的工具，可以幫助用戶對(duì)MD模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和后處理分析。OVITO支持多種常見(jiàn)的MD文件格式，如本文中并采用OVITO對(duì)LAMMPS的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和后處理分析，它給用戶提供了直觀且友好的界面。用戶可以輕松導(dǎo)入丶查看和處理MD數(shù)據(jù)，無(wú)需編寫復(fù)雜的腳本或代碼，它提供了多種數(shù)據(jù)可視化功能，例如3D場(chǎng)景的創(chuàng)建丶原子軌跡的動(dòng)畫展示丶屬性顏色映射等，這些功能能是用戶更好地理解和展示模擬中的原子結(jié)構(gòu)丶動(dòng)力學(xué)行為和相互作用。此外，OVITO還具有豐富的數(shù)據(jù)分析工具，提供了各種計(jì)算選項(xiàng)，例如徑向分布函數(shù)丶晶體結(jié)構(gòu)分析等。用戶還可以編寫自定義的數(shù)據(jù)分析腳本，以滿足特定的研究需要。同時(shí)OVITO具有廣泛的社區(qū)支持，是一個(gè)開(kāi)放源代碼項(xiàng)目的軟件，隨時(shí)可供用戶自行定制和拓展研究，由于其強(qiáng)大的功能及其使用的便利性，無(wú)論是對(duì)于學(xué)術(shù)研究還是工程應(yīng)用，OVITO都是一個(gè)非常有價(jià)值的工具，能使用戶更好地理解和研究MD模擬數(shù)據(jù)。Origin是由知名公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)可用于科學(xué)繪圖以及處理數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的軟件。它為用戶提供了高度的可視化和分析處理工具，可以處理從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入到高級(jí)的數(shù)學(xué)分析和統(tǒng)計(jì)方法的整個(gè)數(shù)據(jù)流程。Origin軟件具有易于使用的工具，使用戶能夠輕松地創(chuàng)建各種高質(zhì)量的圖表和圖形。它支持多種數(shù)據(jù)格式，包括文字丶數(shù)字丶圖片和視頻等，并提供了豐富的圖表類型和自定義選項(xiàng)。此外，它還支持復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析，包括線性回歸丶非線性擬合丶方差分析丶多元分析等，除上述常規(guī)功能，Origin還提供一些高級(jí)工具，如信號(hào)處理丶圖像處理和信號(hào)發(fā)現(xiàn)，使Origin成為處理各類信號(hào)和圖像數(shù)據(jù)的重要工具，由于其強(qiáng)大的功能以及廣泛的實(shí)用性，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)研究領(lǐng)域，在學(xué)術(shù)和工業(yè)界都有重要價(jià)值，本文便采用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和繪圖，Origin為本文的問(wèn)題研究提供了高效和靈活的解決方案2.2分子動(dòng)力學(xué)模擬方法采用lammps建立單晶銅分子動(dòng)力學(xué)模型，如圖1（a）所示，系統(tǒng)大小為（10a*10a*30a）（a=3.615nm為Cu晶格常數(shù)），原子總數(shù)為12000個(gè)，模型的建立是根據(jù)魏雙磊等REF_Ref31945\r\h[5]采用分子動(dòng)力學(xué)研究高應(yīng)變率下溫度對(duì)非晶銅拉伸微觀變形的影響一文中采用的模型而改動(dòng)建立的，分子動(dòng)力學(xué)時(shí)間步長(zhǎng)為1fs。大小尺寸：10a*10a*30a（b）（a）圖1.單晶銅分子動(dòng)力學(xué)模型初始時(shí)刻12000個(gè)原子按照理想的面心立方結(jié)構(gòu)排列，如圖1（b）所示，x，y，z方向均為周期性邊界條件，為了利用晶體結(jié)構(gòu)的可重復(fù)性，選取周期性邊界條件，在模擬過(guò)程中有效地減少表面效應(yīng)的影響，從而消除模型尺寸對(duì)結(jié)果的影響。使用共軛梯度法（CG）進(jìn)行能量最小化。創(chuàng)造原子的初始溫度為2300k，原子初始速率由高斯分布給出，采用等溫等壓系統(tǒng)（NPT）在2300k的條件下充分弛豫30ps，弛豫平衡后采用等溫等壓系統(tǒng)（NPT）以2×1013k/s的速率快速降溫至300k，400k，500k，600k，700k，使用系統(tǒng)再次弛豫20ps，再次弛豫平衡后，使用速度標(biāo)定法控制溫度，采用微正則系統(tǒng)（NVE）在z軸方向施加應(yīng)變率為5*10本文利用嵌入原子勢(shì)（EmbededAtomMethod勢(shì)）REF_Ref2123\r\h[10]描述單晶銅原子間的相互作用。嵌入原子勢(shì)法廣泛應(yīng)用于描述各類金屬原子間的相互作用，勢(shì)函數(shù)方程為 Etot=iF ρ?,i=j(≠i)ρ式中：Etot為體系的總勢(shì)能，是對(duì)所有單個(gè)原子能量值求和；Fiρ為嵌入原子i進(jìn)入背景電子密度ρ的能量；ρ?,i為在位置上由其他原子形成的電子云在該處形成的電子密度；Φi,jRij為在Rij的距離下第i個(gè)原子與第j個(gè)原子之間的對(duì)勢(shì)作用；Rij為第i2.3結(jié)構(gòu)分析方法徑向分布函數(shù)(RDF,RadialDistributionFunction)REF_Ref2240\r\h[11]g(r)是描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本函數(shù)。它具有表征系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力,并根據(jù)g(r)值的不同來(lái)區(qū)分晶體、液體和氣體。該分布函數(shù)是距離一個(gè)原子為r時(shí)找到另一個(gè)原子的概率，如果在半徑r～r+△r的球殼內(nèi)的粒子數(shù)為n(r)，系統(tǒng)的原子密度為ρ0，球殼體積為V,g(r)表達(dá)式為 gr=1ρ3模擬結(jié)果和分析3.1非晶形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)變化圖2.降溫過(guò)程中不同溫度下的徑向分布函數(shù)首先采用系統(tǒng)總的徑向分布函數(shù)來(lái)對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步分析和判斷．圖2是降溫過(guò)程中不同溫度下系統(tǒng)總的徑向分布函數(shù)。從圖中可以看出，溫度2300k時(shí)系統(tǒng)徑向分布函數(shù)第二峰較為平滑，而當(dāng)溫度降到300K時(shí)，系統(tǒng)徑向分布函數(shù)第2峰有明顯的劈裂，與2300k時(shí)的系統(tǒng)總的徑向分布函數(shù)有著明顯的區(qū)別。從300k到700，第2峰均發(fā)生了不同程度的劈裂，與王廣海等對(duì)非晶Cu形成過(guò)程的微觀機(jī)理研究所得到的徑向分布函數(shù)曲線相近，第二峰劈裂的出現(xiàn)是非晶金屬形成的標(biāo)志．第2峰出現(xiàn)劈裂是由于冷卻過(guò)程中系統(tǒng)局域結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。3.2溫度對(duì)應(yīng)力的影響圖3.300k-700k溫度下應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系圖3在沿著z方向的應(yīng)變率為5*109s?1時(shí)，研究了不同溫度條件下應(yīng)變與應(yīng)力之間的關(guān)系。據(jù)圖3數(shù)據(jù)顯示，在300K的溫度下，低應(yīng)變范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變具有正相關(guān)的關(guān)系，該材料表現(xiàn)出線彈性特征，即應(yīng)力隨著應(yīng)變線性增加。當(dāng)應(yīng)變達(dá)到14.9%時(shí)，應(yīng)力達(dá)到最大值為12.01GPa，隨后隨著應(yīng)變的持續(xù)增加，應(yīng)力急劇下降。根據(jù)圖3在最后階段，應(yīng)力應(yīng)緩慢下降，隨著應(yīng)變的增加呈現(xiàn)出鋸齒狀波動(dòng)。在300-700K溫度范圍內(nèi)，不同溫度下展現(xiàn)相似的彈性和塑性應(yīng)力應(yīng)變行為，應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加先線性增大后減小。從圖3可見(jiàn)，隨著溫度的升高，應(yīng)力逐漸降低，這主要是由于低溫下原子振動(dòng)幅度較小，而隨著溫度的升高原子振動(dòng)加劇。與其他溫度相比，700K時(shí)的屈服強(qiáng)度最低，比300K低了25%。3.3不同應(yīng)變、溫度對(duì)應(yīng)力松弛及彈性恢復(fù)的影響從圖5和圖7（或圖6和圖8）中可以看出此過(guò)程共分為3個(gè)階段，第一階段為拉伸過(guò)程，系統(tǒng)沿z方向以應(yīng)變率為5*109s?1進(jìn)行單軸拉伸，分別拉伸至應(yīng)變?yōu)?%丶10%，第二階段為應(yīng)變保持（b）圖4.應(yīng)變保持階段后不同溫度下的徑向分布函數(shù)分別弛豫10ps（a）和20ps（b）圖4（a）和圖4（b）分別為5%應(yīng)變下和10%應(yīng)變下，不同溫度下的徑向分布函數(shù)，從圖中可以看出在應(yīng)變保持階段后，5%應(yīng)變下和10%應(yīng)變下，不同溫度下的徑向分布函數(shù)徑向分布函數(shù)的第二峰都仍有劈裂，說(shuō)明整個(gè)過(guò)程中，銅都保持著非晶狀態(tài)。（a）（b）（c）（d）（e）（f）圖5.（5%應(yīng)變）300k-700k溫度下應(yīng)力丶應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系（a）（b）（c）（d）（e）（f）圖6.（10%應(yīng)變）300k-700k溫度下應(yīng)力丶應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系由圖5丶圖6，300k-700k溫度下應(yīng)力丶應(yīng)變隨時(shí)間關(guān)系曲線中應(yīng)變保持階段中應(yīng)力的變化可知，應(yīng)變保持階段5%應(yīng)變下，300k-700k的應(yīng)力隨時(shí)間增大而減小并伴有微小的鋸齒狀波動(dòng)，但應(yīng)力減小的幅度并不明顯；而10%應(yīng)變下也出現(xiàn)了相類似的情況，但在700k時(shí)應(yīng)力發(fā)生了明顯的減小，即非晶Cu發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，應(yīng)力的變化值隨溫度丶應(yīng)變條件不同而存在差異。通過(guò)圖5可知，在應(yīng)變?yōu)?%時(shí)，在300k-700k的溫度下都未發(fā)生明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，而在應(yīng)變?yōu)?0%時(shí)（圖6），在300k-600k的溫度下也未發(fā)生明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，只有在溫度為700k時(shí)才發(fā)生了明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，這說(shuō)明應(yīng)力松弛現(xiàn)象與初始應(yīng)變以及溫度有關(guān)。（a)（b）（c）（d）（e）（f）圖7.（5%應(yīng)變）300k-700k溫度下應(yīng)變?nèi)∠A段應(yīng)力丶應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系（a)（b）（c)（d）（e）（f）圖8.（10%應(yīng)變）300k-700k溫度下應(yīng)變?nèi)∠A段應(yīng)力丶應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系圖7和圖8為應(yīng)變?nèi)∠?，?yīng)力丶應(yīng)變隨時(shí)間變化曲線，通過(guò)圖7和圖8可知，在應(yīng)變保持階段結(jié)束后，取消施加在系統(tǒng)上的外力，系統(tǒng)的應(yīng)力會(huì)迅速減小至0附近，并伴有鋸齒狀波動(dòng)，系統(tǒng)的應(yīng)變變化也會(huì)呈現(xiàn)相似的規(guī)律，但應(yīng)變并不會(huì)減小至0附近，通過(guò)計(jì)算的外力取消過(guò)程中非晶Cu的最大彈性恢復(fù)量可以發(fā)現(xiàn)，在5%應(yīng)變下，從300k-700k時(shí)，非晶Cu的彈性恢復(fù)量分別為應(yīng)變量的34.8%丶35.4%丶34.6%丶36.2%丶36.4%，并未產(chǎn)生明顯的變化，在10%應(yīng)變下，從300k-600k，非晶Cu的彈性恢復(fù)量分別為應(yīng)變量的35.1%丶35.4%丶35.3%丶36.6%，與5%應(yīng)變下的彈性恢復(fù)呈相似規(guī)律，但溫度在700k時(shí)，開(kāi)始階段應(yīng)變會(huì)有一個(gè)突降，隨后應(yīng)變繼續(xù)減小至0.077，最大彈性恢復(fù)量為應(yīng)變量的23.4%與其他溫度時(shí)相比出現(xiàn)了明顯的減小，說(shuō)明應(yīng)力松弛現(xiàn)象導(dǎo)致了非晶Cu的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變。由圖7（f）可知，5%應(yīng)變時(shí)，在300k-700k溫度下，溫度越高，應(yīng)力減小所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，由圖8（f）在10%應(yīng)變時(shí)，在300k-600k也呈現(xiàn)出相同的規(guī)律，但在700k時(shí)有明顯區(qū)別，這與非晶銅內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。4結(jié)論基于分子動(dòng)力學(xué)模擬建立了單晶銅模型，使單晶銅模型以2×1013k/s的降溫速率快速降溫至300k，400k，500k，600k，700k，得到非晶銅。1.單晶銅模型以2×1013k/s的降溫速率快速降溫至300k，400k，500k，600k，700k系統(tǒng)總的徑向分布函數(shù)第2峰均發(fā)生了不同程度的劈裂，說(shuō)明2×10132.溫度對(duì)非銅性能影響很大，隨著溫度從300K升高到700K，屈服強(qiáng)度下降，屈服應(yīng)變點(diǎn)也會(huì)向左移動(dòng)，呈現(xiàn)出減小的規(guī)律；同一溫度下，應(yīng)變加載會(huì)使非晶銅發(fā)生彈性應(yīng)力應(yīng)變行為以及塑性應(yīng)力應(yīng)變行為。3.應(yīng)力保持階段，5%應(yīng)變下，300k-700k的應(yīng)力隨時(shí)間增大而減小并伴有微小的鋸齒狀波動(dòng)，但減小幅度并不明顯，并未發(fā)生明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。10%應(yīng)變下，300-600k時(shí)也出現(xiàn)了相類似的情況，但在700k時(shí)應(yīng)力發(fā)生了明顯的減小，即非晶Cu發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象。4.應(yīng)力保持階段，在10%應(yīng)變700k溫度下非晶Cu發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象，在取消應(yīng)變后系統(tǒng)的最大彈性恢復(fù)量會(huì)出現(xiàn)明顯的減小，說(shuō)明應(yīng)力松弛現(xiàn)象導(dǎo)致了非晶Cu的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變。參考文獻(xiàn)LILiL,HANM.ShearingSingleCrystalCopperinMolecularDynamicsSimulationatDifferentTemperatures[J].ComputationalMaterialsScience,2014,87:145-149.LIUHX,ZHANGYF,MAYJ,etal.MolecularDynamicsSimulationofNanostructureFormationinCopperFoilunderLaserShockForming[J].ComputationalMaterialsScience,2020,172:109352.梁海弋,王秀喜,吳恒安,等.納米銅單晶拉伸力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬[J].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2001(04):79-83.YANGY,WANGXZ,ZHANGGW,etal.