Molecular Dynamics Simulation of Crack Propagation in Single-Crystal Aluminum Plate with Central Cracks

Abstract

The crack propagation process in single-crystal aluminum plate (SCAP) with central cracks under tensile load was simulated by molecular dynamics method. Further, the effects of model size, crack length, temperature, and strain rate on strength of SCAP and crack growth were comprehensively investigated. The results showed that, with the increase of the model size, crack length, and strain rate, the plastic yield point of SCAP occurred in advance, the limit stress of plastic yield decreased, and the plastic deformability of material increased, but the temperature had less effect and sensitivity on the strength and crack propagation of SCAP. The model size affected the plastic deformation and crack growth of the material. Specifically, at small scale, the plastic deformation and crack propagation in SCAP are mainly affected through dislocation multiplication and slip. However, the plastic deformation and crack propagation are obviously affected by dislocation multiplication and twinning in larger scale.

Estimation of Crack Propagation Direction Angle Under Mixed-Mode Loading (Mode I and Mode Ii): Generalized Fracture Mechanics Criteria and Atomistic Modeling (Molecular Dynamics Method)

“…В силу этого естественным является переход от континуальной теории к атомистическому моделированию роста трещины. Следует отметить, что метод молеку-лярной динамики в настоящее время широко используется для вычисления параметров моделей механики разрушения [36][37][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47][48][49]. В [36] изучены механизмы роста трещины в меди и алюминии с помощью атомистического подхода, исследованы эффекты влияния длины трещины в пластине на характер разрушения.…”

“…В [37] вычислена скорость высвобождения энергии при распространении трещины в листе графена с центральной трещиной. В дис-кретной модели локальное поле напряжений вычислялось по формуле Харди [41][42][43][44][45][46][47] и обсуждалась применимость концепций коэффициента интенсивности напряжений и скорости высвобождения энергии при подрастании трещины как параметров, характе-ризующих процесс разрушения.…”

“…Потенциал внедренного атома может достоверно описы-вать межатомные связи в металлах. В многочисленных работах [37][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47][48] показано, что по-тенциал внедренного атома может очень эффективно описать влияние дефектов и тре-щин, и поэтому потенциал очень хорошо подходит для моделирования процессов разру-шения металлических материалов. Полная потенциальная энергия системы при использовании потенциала внедренного атома имеет вид [37] [45,46], были параметризованы с помощью раз-личных экспериментальных данных и ab initio расчетов [45,46].…”

“…Полная потенциальная энергия системы при использовании потенциала внедренного атома имеет вид [37] [45,46], были параметризованы с помощью раз-личных экспериментальных данных и ab initio расчетов [45,46]. Потенциал внедренного атома хорошо воспроизводит упругие постоянные материала, энергию формирования ва-кансий, поверхностную энергию материала и другие свойства металлов [38][39][40][41][42][43][44][45][46][47][48][49][50].…”

Molecular Dynamics Study on Crack Propagation in Al Containing Mg–Si Clusters Formed during Natural Aging

“…It is useful for interpreting phenomena that are difficult to analyze using experimental methods. Several MD simulations of crack propagation in various metals, including Al [ 21 , 22 , 23 ], Fe [ 24 ], Mg [ 25 ], Ni [ 26 ], Cu [ 21 , 27 ], Ti [ 28 ], and metal matrices with various defect conditions [ 22 , 29 , 30 , 31 ], have been performed. Despite extensive research on crack propagation in metals, the cracking mechanisms of Al matrices containing Mg–Si clusters has not yet been investigated.…”