温度对典型单晶材料纳米压痕/划痕响应影响的分子动力学解析

发布时间：2021-01-09 01:13

　　纳米压痕/划痕测试技术是材料微观力学性能测试的主流技术之一,采用分子动力学手段解析纳米压痕/划痕过程,可以研究材料在纳米尺度下的力学性质,发现其表面、亚表面微观变形损伤的规律,揭示材料微观尺度下力学响应的新现象。近年来,作为压痕/划痕试验测试手段的重要补充,纳米压痕/划痕过程的分子动力学解析成为国内外学者的研究热点。材料的力学性能受多种因素影响,其中温度是影响其力学性能的重要因素之一。就温度因素对材料力学行为与损伤影响机制的研究,受到国内外学者的广泛关注。但就典型单晶材料（如单晶硅、单晶铜）变温条件下微观力学性能演化机制的研究尚不够深入,特别是缺乏是对低温环境下典型单晶材料的微观力学行为的研究。针对上述问题,论文在对国内外相关领域研究现状进行综述分析的基础上,采用分子动力学方法分别建立了单晶硅纳米压痕模型和单晶铜纳米划痕模型,针对不同温度条件下开展压痕/划痕响应的分子动力学解析,研究了两种典型单晶材料在不同温度下的力学性质、塑性变形、相变机制以及缺陷产生与演化等。论文的主要研究内容如下:论文建立了单晶硅纳米压痕解析的三维分子动力学仿真模型,针对10、100、200和300K等温度条件下... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 纳米压痕/划痕测试技术对纳米技术的重要意义
    1.3 纳米压痕/划痕测试国内外研究进展
        1.3.1 纳米压痕/划痕测试实验研究
        1.3.2 纳米压痕/划痕过程分子动力学研究
    1.4 本文主要研究内容
第2章 纳米压痕/划痕过程的分子动力学建模
    2.1 分子动力学基本原理
        2.1.1 模拟系统势函数的选取
        2.1.2 模拟系统系综选择
        2.1.3 系统运动方程的建立及求解
        2.1.4 模拟体系的边界条件
        2.1.5 其他条件的设置
    2.2 纳米压痕/划痕分子动力学模型
    2.3 晶体结构及结构分析技术
        2.3.1 晶体结构
        2.3.2 结构分析技术
    2.4 仿真及后处理方法
    2.5 本章小结
第3章 低温单晶硅纳米压痕测试研究
    3.1 纳米压痕测试基本原理
        3.1.1 接触刚度-接触深度法
        3.1.2 压入能量-接触刚度法
    3.2 单晶硅纳米压痕仿真模型
    3.3 纳米压痕仿真结果分析
        3.3.1 单晶硅低温下力学性质
        3.3.2 单晶硅纳米压痕过程中相变行为
    3.4 其它参数对模拟结果的影响
        3.4.1 非周期边界条件下的模拟
        3.4.2 无吸附作用下的模拟
    3.5 温度对单晶硅各向异性性能的影响
    3.6 本章小结
第4章 温度对单晶铜纳米划痕过程影响的研究
    4.1 纳米划痕技术
        4.1.1 纳米划痕技术基本原理
        4.1.2 纳米划痕技术主要理论
    4.2 单晶铜纳米划痕仿真模型
    4.3 纳米划痕模拟结果分析
        4.3.1 单晶铜纳米划痕过程概述
        4.3.2 温度对纳米划痕过程的影响
        4.3.3 温度对划痕材料力学性质的影响
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
作者简介及攻读硕士学位期间的主要学术成果
致谢



本文编号：2965677