1. 论文的目的及意义：

   镁及其合金是目前已经应用的最轻的金属结构材料，纯镁密度为 1. 74 g /cm3，比铝轻 35% ，不到钢铁的 1 /4;此外，镁合金的比强度较高，压铸和切削性能优良，电磁屏蔽性能，阻尼性能好，热导率高，易于再生循环，因而被誉为“21 世纪绿色工程材料”。我国更是世界上镁资源最丰富的国家，储量居世界首位，已探明的菱镁矿石保有储量30.09亿吨，约占世界探明储量的1/4，但我国的镁工业还处于相对落后阶段。随着新世纪的到来，国际国内镁产品市场开发应用空间进一步扩大，镁资源将发挥更重要作用。然而镁及其合金的应用因其较低的强度和延伸性受到极大的限制，而这都与它的初始形变机理相关，因此对镁及其合金变形的研究备受欢迎。

   镁合金具有密排六方结构（HCP），在室温下位错滑移和孪生成为其主要变形机制。孪生作为镁合金主要的塑性变形方式之一，其对塑性变形的主要作用包括以下 3 个方面: ①孪生改变晶体取向，从而影响位错滑移行为; ②孪晶界可阻碍位错运动，提高应变硬化行为; ③孪晶片层可以分割晶粒，细化晶粒组织。孪晶界作为一种特殊的晶界,与普通晶界有着类似的强化作用,且孪晶结构可使材料表现出良好的热稳定性和力学稳定性；因此通过引入孪晶界获得高强度合金成为近来较为常见的方法,一个显著的例子就是通过在细晶铜中引入高密度的生长孪晶,使材料拥有较高的强度,同时还能保证良好的断裂伸长率。因此探究孪晶界对镁的变形行为和力学性能的影响显得尤为重要。

2. 国内外研究现状分析：

   目前对于镁的应用主要受限于其强度和延展性，相关的研究也主要集中于此。Xin等人的研究表明，各种孪生与滑移机制的竞争是决定镁合金塑性变形行为的关键因素之一，高速变形促进了孪生的产生，初始取向对孪生及其种类具有重要影响。镁合金具有很强的各向异性力学性能及应变硬化行为，少量{}拉伸孪生的发生可以造成明显的屈服现象；Wang等人研究了AZ31 镁合金在以孪生主导的塑性变形中的力学行为。结果表明，在压缩过程中，当压缩孪晶是一种重要的变形机制时，总应变要大于0.15。因此，尽管压缩孪晶内部存在应变局域性，但在断裂前仍能适应相当大的变形。{}孪晶发生在塑性变形开始时，这些孪晶消耗并重新定向有利的晶粒；Zu等人研究了不同晶格取向的镁单晶初始塑性变形行为。结果表明，载荷与方向或方向的夹角影响镁的初始塑性变形和演化，当夹角趋向于时，在拉伸和压缩荷载下都出现了孪晶；Song等人研究了镁的孪生行为,结果表明纳米级孪晶镁孪生区的厚度对镁的屈服强度和杨氏模量有极大影响；单智伟等人的研究表明，当迁移中的{}孪晶界遇到障碍物时, 被阻碍的部分可以通过晶胞重构的方式绕过析出相, 该过程可以用流沙没过石头进行类比。这些研究均表明孪晶界间距与金属镁的力学性能有极大联系。因此，为提高金属镁的力学性能，对孪晶界的深入研究是十分有必要的。本文的焦点基于此，研究不同孪晶界间距的金属镁在单向载荷作用下的变形过程、应力-应变曲线及材料内部缺陷的形成、演化过程。

2. 研究的基本内容与方案

1. 基本内容：用LAMMPS 结合合适的作用势，模拟含有不同孪晶界间距的金属镁在单向载荷作用下的变形过程，分析应力-应变曲线及材料内部缺陷的形成、演化过程。充分考虑孪晶界间距对屈服应力、流动应力及微观变形机理的影响。

2. 技术方案和路线：

   本文将研究不同孪晶界间距对金属镁拉伸行为的影响。采用分子动力学模拟的方法进行计算机模拟,按照孪晶界间距的不同建立四个纳米孪晶镁圆柱模型和一个单晶镁圆柱模型。首先将对单晶镁圆柱模型拉伸（沿轴线方向），获得基本性能作为参考；然后分别对含有不同孪晶界间距的纳米孪晶镁圆柱模型进行拉伸，在同样的条件下获取另外的四组结果，从而模拟不同孪晶界间距的影响，并获得相应结果。然而这些实验结果描述的都是在垂直于孪晶界方向的载荷作用下的力学特征和行为，为获得更全面的结果，我们还需要改变载荷的方向并按照相同的条件进行类似模拟，获取相应的结果。综上，可综合考虑不同加载方向下，孪晶界间距的影响，分别分析相应的应力-应变曲线以及模型内部缺陷的形成、演化过程。

[1]郑晓剑,余辉辉,信运昌.利用孪晶界面强韧化镁合金[J].中国材料进展, 2016,35(11):819-834.