题目：静水压作用下金属晶体结构稳定性研究

材料的组织、结构和性能是材料研究的三个基本内容，而材料的力学性能对结构十分敏感，结构的任何微小变化，都会使力学性能发生明显变化。因此，人们很早就开始关注材料结构稳定性以及相应理论强度等相关研究，运用了大量的不断改进提高的实验的和理论的方法。尽管已有大量的研究工作，并且已有部分用于实践中，但是从根本上理解不同情况下晶体材料的结构稳定性和相变还远远不完善，尤其是对晶体材料在静水压作用下的详细的微观结构模型及其相变情况的研究。
从材料类型来说，金属材料在21世纪上半叶国民生产中仍占主要地位，也是工程材料中的主体，其力学性能是工程应用中十分重要的性能。本文基于改进分析型嵌入原子法（MAEAM）导出了晶体变形过程中正应力和弹性常数的表达式，以静水压作用为例，模拟了BCC金属Cr、Mo、W和V、Nb、Ta分别在等轴和四方Bain变形过程中内能、正应力、弹性常数的变化，确定了各自的弹性稳定范围和理论强度。
BCC金属Cr、Mo和W在等轴变形过程中：其晶体能量和应力均随载荷的增加而增加，且压应力的增加速率远大于张应力的增加速率，理论压缩强度远大于理论拉伸强度，表明这些晶体外部张力作用下更容易失稳。三种金属晶体的弹性稳定范围和相应的理论强度随金属的原子序数（或半径）的增大而增大。
BCC金属V、Nb和Ta沿Bain路径变形过程中：在拉伸区域，仍保持BCC结构与等轴变形情况相同，但在压缩区域，晶体结构剧烈变化。对应晶体内能的局域最小值处为近FCC结构。在压缩区域，压应力的变化情况异于一般的压缩载荷下的变化曲线，发生不连续变化。压应力的大小首先随着晶体变形程度的增加而线性增大，达到最大值34.086GPa后突然减小至零，然后反向增大到一局部最大值，接着再次减小到零再反向增加，如此反复出现上述过程。这些压应力间小点对应晶体结构突变点，这是由于原子自发的向能量较低、结构相对较稳定的位置弛豫，导致了压应力的减小，BCC结构和BCT结构的反复交替使压应力曲线振荡变化。通过对弹性稳定范围的判断发现：对于金属V和Ta，在弹性压缩和拉伸失稳之前都为BCC结构，二者弹性稳定范围和相应的理论强度随着原子半径的增大而增大；而关于Nb的计算结果与V和Ta稍有不同，在弹性压缩失稳之前为BCT结构，其稳定范围和相应的理论强度都比V和Ta小。三种金属在压缩稳定范围内，都有一个亚稳的近FCC结构相存在。本文的模拟结果与可得到的第一原理的理论计算以及被广泛使用的DAC试验技术的结果符合很好。