《CuAlNi合金中相變波與馬氏體微結構的互動激勵機制研究》是依託哈爾濱工業大學，由甄玉寶擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：CuAlNi合金中相變波與馬氏體微結構的互動激勵機制研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：甄玉寶
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
馬氏體相變具有重要的科學研究和工業套用價值，但關於其為何發生、如何發生等相變機理方面的基礎問題目前還遠不清楚。本項目針對CuAlNi三元形狀記憶合金，首先論證了其結構存在的內稟不穩定性，並基於它的各向異性激發合理地解釋了慣習面的形成。項目從動力學角度提出新的相變機理，即：相變波攜帶應變擾動克服相變能壘開啟相變，同時通過應力波場動態地改變相變能壘，造成相變波與馬氏體微結構發生漸次複雜的互動激勵，最後形成自協調的馬氏體微結構和各類相變晶體學關係。項目擬先通過大規模分子動力學模擬在原子尺度上確定相變能壘及其對溫度、成分和應力環境的依賴關係，並由統計計算提取連續意義下的力學量，得到巨觀相變本構關係。然後將其與波動方程耦合，套用有限差分法對相變進程進行數值模擬。最後擬對馬氏體相變開展聲發射實驗研究，結合數值模擬對相變聲發射信號進行反演，驗證所提相變機理。該項研究將推進對馬氏體相變機理的理解。
結題摘要
在文獻工作中，對馬氏體相變機理中的動力學因素研究得還很不充分。主要是對初始和終了時刻的構型比較明確，但缺乏對相變過程中原子遷移方式的了解。本研究項目提出了相變波和馬氏體微結構互動激勵的相變機理，並以大規模分子動力學模擬和連續尺度下相變波場模擬作為基本手段，對相變進程中的馬氏體孿晶變體的形態變化、微結構的應力應變場、相面界面區的遷移等作了較為詳細的研究。項目的主要研究內容分為以下幾個方面： 1. CuAlNi馬氏體相變2NN MEAM勢函式的開發和驗證; 2. 多體勢有限溫度下物質鬆弛彈性模量的計算; 3. 馬氏體微觀相變本構的統計確定; 4. 相變界面區的應變梯度和位錯; 5. 相變波場的模擬。 項目首先通過大量的最佳化計算，開發了性能較好的適於CuAlNi正逆馬氏體相變模擬的經驗勢函式。同時，在開發勢函式的過程中，解決了一個重要的理論問題：即任意多體勢和有限溫度下，計算物質的彈性常數中鬆弛部分的快速方法。研究發現，物質的彈性模量分為三個部分之和，分別對應Born項，鬆弛項和溫度軟化項。另外，基於大規模原子模擬數據，編制了自動探測馬氏體變體結構的分析程式，得到了相變複雜微結構的空間分布，計算了其應變梯度場，結果揭示了相變界面區複雜交錯的台階和應變分布模式。通過對原子應力的統計，進一步得到了微觀相變本構關係。該關係表明在微觀上的應力應變本構呈回滯型非線性關係, 與經典的塑性本構有相通之處。基於這一點，利用有限差分法在連續尺度上計算了馬氏體相變波的激發和傳播過程。 本研究的重要成果包括三個方面: 有限溫度下物質彈性常數算法, 勢函式參數的確立，以及相變波場與複雜微結構間的相互影響。項目產出將為馬氏體相變的機理研究提供基本的模擬工具，加深對馬氏體相變動力學過程的認識，為馬氏體相變的科學研究和實際套用提供理論支撐。
