单晶铝中微喷射的分子动力学研究

采用非平衡分子动力学模拟方法,研究了方形冲击波在含有圆锥和正弦缺陷的单晶铝中一维和二维的微射流演化.利用正向和反向粒子追踪技术获得了微射流的粒子源,发现微射流不同部位的粒子源结构与缺陷类型密切相关,微射流的形成是从缺陷表层到内层的分层聚集过程.锥形情况下的射流头部速度最初急剧增加,然后快速下降至恒定速度;锥形和正弦情况下的喷射体积先经历非线性增加,后保持不变.通过进一步对喷射粒子数量、密度、速度和温度之间的关系分析,发现在圆锥和正弦情况下,当冲击速度为6 km/s时喷射物速度在冲击方向上基本呈线性变化,且射流最大速度位于射流头部;但在正弦情况下,当冲击速度为2 km/s时喷射物速度在冲击方向上波动变化,射流头部速度低于为头部后侧的速度.更重要的是,本文揭示了两种机制,即一维射流的颈缩与二维射流的孔洞增长和贯穿,它们主导了射流的破碎.实际上,速度、温度和压力的扰动都有助于射流破碎,其中速度扰动对其破碎具有最重要影响.此外,速度梯度会引起孔洞边界变厚,从而导致射流头部密度增加.