低维纳米材料拉伸性能及断裂机制的分子动力学研究

发布时间：2022-04-26 19:02

　　本文采用分子动力学方法,分别以磷烯和铜纳米线为模拟对象,研究了它们在拉伸作用下的力学性质以及断裂机制。主要的研究内容和结论如下:（1）研究了在拉伸作用下晶界对磷烯力学性质和断裂机制的影响。分别选取了五个不同晶界角的磷烯为研究对象,作为对比,本文同时研究了与之对应的五个不含晶界的磷烯沿不同方向拉伸的断裂机制。结果发现,当磷烯中没有晶界存在时,尽管沿锯齿方向的键强比沿扶手椅方向的键强更高,但是在沿随机方向拉伸时,锯齿方向的键往往更容易断裂。同时断裂强度和断裂应变与拉伸力加载的方向有很大关系:随着拉伸方向趋向于锯齿方向,断裂强度逐渐增加,而断裂应变逐渐减小。在磷烯中存在晶界的情况下,当沿着平行晶界的方向拉伸时,裂纹通常在晶界处产生并沿着垂直晶界的方向传播;当沿着垂直晶界的方向拉伸时,裂纹将在晶界处产生沿着晶界传播。另外晶界的存在致使磷烯的杨氏模量和断裂应变下降,而对于磷烯的最大断裂强度并无显著影响。最后在考虑温度效应和拉伸速率的影响时,杨氏模量、断裂强度和断裂应变都随着温度的升高而下降;至于拉伸速率,研究结果表明它的变化对磷烯的断裂行为几乎无影响。（2）研究了拉伸作用下体缺陷对铜纳米线力学行... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 纳米材料及其分类
        1.1.1 零维纳米材料
        1.1.2 一维纳米材料
        1.1.3 二维材料
        1.1.4 三维纳米材料
    1.2 材料的结构缺陷及其运动
        1.2.1 点缺陷
        1.2.2 位错
        1.2.3 晶界和相界
        1.2.4 体缺陷
    1.3 纳米材料的力学性质
        1.3.1 应力-应变曲线
        1.3.2 弹性形变
        1.3.3 塑性形变
        1.3.4 材料的断裂
    1.4 本文研究的主要内容和目的
2 分子动力学理论及其分析方法
    2.1 分子动力学方法
        2.1.1 分子动力学数值求解
        2.1.2 边界条件
        2.1.3 势函数
        2.1.4 系综
    2.2 应力分析
    2.3 结构分析
3 晶界对磷烯断裂行为的影响
    3.1 研究背景
    3.2 模拟方法
    3.3 模拟结果分析
        3.3.1 断裂机制
        3.3.2 温度对磷烯断裂过程的影响
        3.3.3 拉伸速率对断裂行为的影响
    3.4 本章小结
4 体缺陷对铜纳米线断裂行为的影响
    4.1 研究背景
    4.2 模拟方法
    4.3 模拟结果分析
        4.3.1 应力应变曲线分析
        4.3.2 杨氏模量和断裂应变分析
        4.3.3 拉伸过程中的结构分析
    4.4 本章小结
5 结论和展望
参考文献
个人简历
硕士期间发表的论文
致谢



本文编号：3648557