Atomistic simulation of fracture in UO2 under tensile loading
Atomistic simulation of fracture in UO2 under tensile loading
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拉伸载荷下 UO2 断裂的原子模拟
DOI：
10.1016/j.jallcom.2019.06.267
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发表时间：
2019-09
影响因子：
6.2
通讯作者：
Li Linshan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tian Xiaofeng;Ge Liangquan;Yu You;Wang Yu;You Zhenjiang;Li Linshan
摘要采用密度泛函理论(DFT)计算和分子动力学模拟研究了UO2在拉伸载荷作用下的断裂行为。通过分子动力学模拟，确定了多晶UO2在沿晶断裂前存在瞬时塑性变形的潜在依赖性，因此我们进一步改进了基于GGA+U计算的Morelon原子间相互作用势，以获得可靠的UO2断裂行为。利用改进的势，研究了多晶和单晶UO2在拉伸载荷下的断裂行为。在多晶UO2中，观察到脆性沿晶断裂，没有发现相变。在单晶中，在拉伸载荷下观察到了FM3m-Pbcn和Fm3m-P42/Mnm结构相变。Pbcn和P42/MNm相之间的非共格界面对微裂纹的形成起着至关重要的作用。在拉伸载荷作用下，只检测到FM3m-P42/MNM转变，FM3m和P42/MNM结构之间的界面是共格的，因此直到模拟结束时都没有发现裂纹，沿100&>方向应变为25%。
Abstract Density-functional-theory (DFT) calculations and molecular dynamics simulations were performed to resolve the fracture behavior in UO 2 under tensile loading. By molecular dynamics simulation, potential dependence was identified on the existence of transient plastic deformation prior to intergranular fracture in polycrystalline UO 2, so we further improved the Morelon interatomic potential based on GGA+ U calculations to obtain reliable fracture behavior in UO 2. Using the improved potential, the fracture behaviors in polycrystalline and single crystal UO 2 under tensile loading were investigated. In polycrystalline UO 2, brittle intergranular fracture was observed, and no phase transition was found. In single crystal, Fm 3¯ m-Pbcn and Fm 3¯ m-P 4 2/mnm structural transitions were observed under< 100> tensile loading. The non-coherent interfaces between Pbcn and P4 2/mnm phases play a critical role in microcrack formation. Under< 110> tensile loading, only Fm 3¯ m-P 4 2/mnm transition was detected and the interface between Fm 3¯ m and P4 2/mnm structures was coherent, so no crack was found until the end of the simulation with strain of 25% in< 100> direction.
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DOI：
--
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--
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