1. 研究目的与意义（文献综述）

近来，镁及其合金由于其有利的机械性能（例如低密度和高比强度）而引起广泛关注。然而，由于低对称性，六方密堆积（hcp）材料（例如镁及其合金）的变形行为比面心立方（fcc）金属的变形行为复杂得多。到目前为止，人们仍然缺乏对镁的力学行为，特别是塑性各向异性的基本理解;仍然需要对包括滑移和孪生模式在内的变形模态的基本研究。

在hcp金属中，激活的滑移和孪生系统如下：｛0001｝lt;112(-)0gt;基面滑移，{101(--)0}lt;112(--)0gt;柱面滑移,{101(--)1}lt;112(--)0gt;锥面滑移，lt;c agt;锥面滑移和孪生行为。前面的三个系统产生与c轴垂直的lt;agt;burgers矢量的变形，因此没有办法适应沿c轴的压缩应变。当经受[0001]压缩时，变形正如期望的那样为孪晶或lt;c agt;锥面滑移。因此，为了得到良好的锥面滑移，为了更好地理解镁中的孪晶和锥面滑移行为，人们的研究主要集中在[0001]压缩变形行为上。并且进行了大量的试验和理论阐述。

从20世纪50年代开始，在[0001]方向载荷下的hcp材料中的孪生机制已经被广泛讨论。例如，yoshinaga和horiuchi对批量规模的纯镁单晶进行c轴压缩试验，并且通过痕量分析观察到孪晶的存在。他们认为沿不同组成面的孪生行为是变形机制。相比之下，stohr等人和obara等人通过使用tem分析未观察到孪晶，而是发现在镁的[0001]压缩中的变形模式是lt;a cgt;二阶锥面滑移。近来，孪晶的“缺失”现象引起了特别的关注。关于镁微柱的[0001]压缩的几个公开报道确认了锥型位错的存在，并观察到无变形或小变形孪晶。此外，yu等人在钛合金单晶上进行原位纳米压缩实验。他们观察到对变形孪晶的强烈的晶体尺寸效应，并发现当样品尺寸低于1微米时，变形孪晶完全被位错塑性代替。锥体滑移行为同样受到特别关注。一些实验表明，[0001]载荷的塑性变形是由{112(--)2}[112(--)3(--)]锥面滑移传递的。根据理论分析，{112(--)2}[112(--)3(--)]位错具有超大的伯格斯向量，并且它倾向于解离成部分位错和堆垛层错。但是在这些实验中没有观察到它们。

2. 研究的基本内容与方案

根据本文的研究目的及意义，研究的主要内容是利用分子动力学的研究方法建立理想镁单晶结构模型，选取合适的原子间作用力函数，对纳米镁单晶在压缩载荷作用下的变形过程进行模拟。通过对模拟计算得到的能量演化曲线、应力-应变曲线及微观结构演化过程等进行详细分析，研究压缩载荷作用下纳米镁单晶的塑性变形规律及内在缺陷演化机制，重点讨论温度对变形行为和相关力学性能的影响。

研究的目标即通过利用lammps软件模拟计算，后再经过vmd可视化处理得到相应结果，再通过对结果的分析得到温度对于镁晶体压缩变形行为和力学性能的影响。

通过对文献的查阅和学习，了解相应的研究方法和知识；同时，查阅材料学等相关书籍，了解材料晶体结构特点并学习分子动力学模拟的基本原理，掌握lammps和vmd软件使用方法，通过学习的软件，用lammps 结合合适的作用势，模拟镁单晶在单轴压缩载荷作用下的变形过程，分析能量演化曲线、应力-应变曲线，材料内部缺陷的产生、演化过程。充分考虑温度对屈服应力、流动应力及微观变形机理的影响，得出相关结论。

3. 研究计划与安排

1-2周 查阅相关文献并翻译指定文献；

3-4周 学习相关理论知识及软件应用，选取合适的原子势函数；

5周 建立镁单晶模型，进一步熟悉软件操作相关技术；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]yu q, shan z w, li j, et al. strong crystal size effect on deformation twinning [j]. nature, 2010, 463(7279):335-8.
[2] xu s, guo y f. molecular dynamics study on the effect of temperature on deformation mechanism of magnesium nanopillars with square cross-sections[j]. nanoscience and nanotechnology letters, 2016, 8: 603-606.

[3] 祁庆琚, 刘勇兵, 杨晓红. 镁合金的研究及其在汽车工业中的应用与展望 [j]. 汽车工程, 2002, 24(2): 94.

[4] guo y, tang x, wang y, et al. compression deformation mechanisms at the nanoscale in magnesium single crystal [j]. acta metallurgica sinica (english letters), 2013, 26(1): 75-84.