含孔洞单晶纳米铜的分子动力学模拟

发布时间：2020-10-18 11:57

　　 在目前的工程材料科学中,金属材料的缺陷破坏是一种不可忽略的破坏方式。通过研究微观纳米金属体系的缺陷,实现改善金属纳米材料的力学性质,从而为制造高性能金属材料提供新的工艺方法。论文运用分子动力学方法,采用EAM势函数,进行了含孔洞单晶纳米铜的分子动力学模拟,研究含孔洞单晶纳米铜构件的力学性质。研究了含孔洞的铜纳米板双轴拉伸载荷下的力学行为。讨论了模型中的孔洞位置、孔洞半径和孔洞形状对铜纳米板的力学性能的影响。断裂的主要原因是剪应力与位错之间的相互作用。位错在纳米正方形板的角部形成,随着变形的增加,位错向孔洞中心靠近。孔洞半径影响纳米板的破坏时间。孔洞半径越大,剪应力越小,模型破坏越早。孔洞位置影响位错分布。孔洞位置越靠近边界,其模型的剪应力越大。非对称加载条件下,对称位置孔洞表现出不同的力学性能。孔洞是非圆形时,在尖端处将出现新的非对称位错线,导致其力学性质的不同。研究了三轴拉伸下载荷作用含不同尺寸立方孔洞的铜纳米立方体的力学性能。除了孔洞尺寸还考虑了晶向不同造成的影响。在研究[100]晶向纳米立方体时,引入了静水应力、真应力及对数应变的概念。通过分析,静水应力可以代替模型的三轴应力。真应力略大于传统的名义应力。随着孔洞比率的增加,屈服强度降低。另外,从能量、应力和变形的角度研究[110]和[111]晶向带孔洞铜纳米立方体的力学性能。晶向的不同,会导致三轴应力的变化。无论哪一个方向的应力,都会随着孔洞尺寸的增大而减小。对于这两种晶向的铜纳米立方体,孔洞尺寸越大,越容易模型破坏、越规整。研究了法向拉伸载荷作用下单晶铜纳米椭球壳的力学性能。引入正应力和Mises应力来描述材料的力学性能。通过对均匀厚度纳米壳、变厚度纳米壳和变半径纳米壳的模拟,阐明了厚度对屈服行为和其他力学性能的影响。研究了纳米壳体的势能、应力和变形。纳米球壳剖面的位错线会形成一个八边形,或者是再外接一个四边形。变厚度纳米壳会轻微地破坏这种形状。纳米壳的势能会在一个稳定阶段之后增加。纳米壳层的厚度对弹性阶段有一定的影响,不同厚度的纳米壳层具有不同的力学性能。具有相同厚度不同半径比的纳米壳的位错图形是被挤压的八边形。纳米壳的外部形状影响着加载的方向,影响着曲线的走势。纳米壳球体的结构比椭球体的结构更稳定。研究了不同加载速率对纳米壳体的影响,发现高速率拉伸下的势能和Mises应力最大。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O614.121;TB383.1
【部分图文】：

展的二十一世纪，信息、生物技术、能源、环境和先进制造小型化、智能化、高集成化、高密度存储和超高速传输提出事装备和先进制造技术的性能要求越来越高。新材料是社会的最具战略意义的研究领域之一。纳米材料将成为重要的材材料研究领域中重要的研究对象之一，它对未来的经济和社米金属材料的性质与宏观金属材料的性质不完全相同，纳米的优异性能及其应用前景，广泛应用于光学测量、复合材料材料的尺寸减小到纳米尺寸时，尺度效应在研究中显得尤为模拟数据分析发现，金属纳米材料所表现的性质不仅与金属关，而且与金属纳米材料的加载方式、金属纳米材料的环境探测方法不易操作且难以在微观尺度上实现，因此很难得出年来，1~100nm 范围内的金属纳米材料得到了广泛的实验和料与原子和分子结构之间的桥梁。金属纳米粒子与表面之间广泛关注[10-14]。

哈尔滨工程大学博士学位论文目前微纳米技术提供了炫酷的例子，如壁虎式攀岩手套（图 1.2），在材料、医学、IT 技术和其他应用方面带来不可估量的进步。并已经影响到电子、纺织、生物技术、医药和清洁能源（图 1.3）等行业领域。

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本文编号：2846269