周小玲，李晓雁，陈常青

（清华大学工程力学系，北京 100084）

　　摘要：疲劳一直是金属材料面临的最主要和普遍的问题之一，研究金属材料的疲劳机理能够促进和提高材料的发展和应用，具有重要的工程和科学意义。原子模拟近年来成为揭示材料微观变形机理的一种有效和重要的方法，超大规模计算的发展更是促进了这一方法的发展和应用。本文通过分子动力学和分子静力学模拟了纳米多晶孪晶Cu和非晶合金CuZr在循环载荷下的裂纹扩展行为。模拟结果表明，在不含孪晶界的纳米多晶铜中，裂尖区微孔洞在晶界处形核长大，疲劳裂纹通过连接裂尖形成的微孔洞扩展。在含大量孪晶界的纳米孪晶铜中，裂纹尖端没有微孔洞形成，疲劳裂纹通过钝化再锐化的方式扩展，在此过程中观察到了退孪生、形变孪生和裂纹闭合现象。而在非晶合金（金属玻璃）CuZr中，裂尖区形成剪切带，裂纹扩展与剪切带紧密相关。原子模拟的结果还显示纳米多晶孪晶Cu和金属玻璃CuZr的疲劳裂纹扩展过程符合Paris公式，分别得到了纳米多晶孪晶Cu和金属玻璃CuZr的Paris指数，与实验观测到的结果一致，并符合传统的理论模型。

　　关键词：疲劳裂纹扩展，原子模拟，微孔洞，钝化再锐化，剪切带

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　　周小玲：xl-zhou10@mails.tsinghua.edu.cn

责任编辑：赵泽南

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