论文摘要
弹性模量是材料的工程应用、构件设计和科学研究等方面的重要物理量,也是金属材料评定和选用以及加工工艺选择的主要依据。随着社会发展和国防的需要,近代航空、航天、无线电及其精密仪器工业对金属材料的弹性有更高要求,不仅要有高的弹性模量,而且还要稳定,所以我们要不断地改善金属材料的性能和探究新的金属及金属合金材料,并不断地开发超高强高韧、高耐腐蚀、超耐热和高弹性模量的金属、金属合金、复合材料和合成材料。本学位论文应用改进分析型嵌入原子（MAEAM）模型和非简谐理论,研究了FCC结构金属Al、BCC结构金属Fe的体弹性模量,以及它们的体弹性模量与温度、压强的关系,并得到如下创新结果:1采用改进分析型嵌入原子模型计算金属Fe、Al趋向绝对零度时的体弹性模量,所得结果与实验测量数据吻合的很好,说明改进分析型嵌入原子模型能很好地描述BCC结构金属Fe、FCC结构金属Al趋近绝对零度时的体弹性模量。2结合改进分析型嵌入原子模型和非简谐效应,研究发现BCC结构金属Fe、FCC结构金属Al的体弹性模量是温度的二次函数:金属Fe为B（T）:1.732-1.871×10-4T+7.333×1011T2Mbar金属Al为B（T）=0.802-1.236×10-4T+3.275×10-11T2Mbar这一结果说明非简谐效应是导致金属材料体弹性模量随温度变化的主要因素。3结合改进分析型嵌入原子模型和非简谐效应,研究发现金属Fe的体弹性模量B随压强P规律:B=1.732×1011+7/9P+7.927×1011ln(P×5.773×10-12+1),即金属Fe的体弹性模量B随压强P增加而增大,并且遵循以下而且当压强小于4×1011Pa时与已有数据吻合很好,并发现简谐系数和第二非简谐系数都不影响体弹性模量随压强的变化规律。在压强小于1011Pa时,B-P曲线相当的平坦,即在压强增大时,金属的弹性模量变化很小;在压强大于1012Pa之后,曲线相当陡,即在压强增大时弹性模量急剧增大。这说明当压强较小时,晶体间距较大,引力起主要作用;当压强增大时,原子间距逐渐减少,原子间斥力逐渐占主导作用;当压强继续增大时,原子问斥力迅速增大,固体难被压缩,弹性模量迅速增大。这说明铁的体弹性模量是一个与压强有关的物理量。
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摘要ABSTRACT第一章 金属材料弹性模量的研究1.1 材料的弹性模量1.2 金属材料杨氏模量研究进展1.2.1 杨氏模量与热膨胀系数的关系1.2.2 金属材料的弹性模量与德拜温度的关系1.2.3 金属的弹性模量与金属熔点的关系1.3 金属材料的体弹性模量1.4 本选题目的、意义和主要研究内容1.4.1 本文研究目的和意义1.4.2 主要研究内容第二章 金属材料的弹性模量及影响因素2.1 金属弹性模量的微观分析2.2 温度对金属材料弹性模量的影响2.2.1 非简谐理论2.2.2 体弹性模量与温度的关系2.3 压强对金属弹性模量的影响2.3.1 体弹性模量与压强的普遍关系2.3.2 L-J势作用下的弹性模量随压强的变化规律2.3.3 Morse势作用下的弹性模量随压强的变化2.4 本章小结第三章 金属材料体弹性模量理论计算方法3.1 计算弹性模量的方法分类3.2 基于密度泛函的从头算方法3.2.1 基于密度泛函的从头算方法的产生3.2.2 基于密度泛函的从头算方法的原理3.2.2.1 绝热近似3.2.2.2 Hohenberg-Kohn-Sham定理与Kohn-Sham方程3.2.3 密度泛函方法的应用3.2.4 密度泛函方法的局限3.3 MAEAM模型3.3.1.EAM模型的基本思想3.3.2 EAM模型的发展3.3.3 改进分析型嵌入原子模型（MAEAM模型）3.3.4 小结3.4 本章小结第四章 FCC、BCC结构金属体弹性模量与温度关系的MAEAM研究4.1 引言4.2 理论模型4.3 非简谐效应4.4 FCC结构金属Al的体弹性模量随温度的变化关系研究4.4.1 金属Al绝对零度时的体弹性模量4.4.2 金属Al的体弹性模量随温度的变化4.5 BCC结构金属Fe的体弹性模量与温度关系的MAEAM研究4.5.1 BCC结构金属Fe的体弹性模量4.5.2 BCC结构金属Fe的体积弹性模量随温度的变化4.6 本章小结第五章 FCC、BCC结构金属体弹性模量与压强关系的MAEAM研究5.1 引言5.2 理论模型5.3 非简谐效应5.4 FCC结构金属的体弹性模量随压强的变化关系研究5.5 BCC结构金属的体弹性模量随压强的变化关系研究5.6 BCC结构金属Fe嵌入势体弹性模量与压强关系的研究5.6.1 非简谐系数5.6.2 BCC结构金属Fe的体弹性模量与压强的变化规律5.6.3 讨论5.7 本章小结第六章 结论与展望参考文献攻读硕士学位期间完成的论文致谢
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