不同拉伸应变率下金纳米线拉伸力学行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同拉伸应变率下金纳米线的拉伸力学行为。模拟结果表明，相同截面尺寸、拉伸温度、拉伸方向的金纳米线在较高的拉伸应变率下，屈服强度较大，屈服发生的较早；更高应变率下的金纳米线在屈服时对应的应变更大，并且更容易发生二次屈服。金纳米线的弹性模量随着拉伸应变率的增大有所增加，但是幅度不是很明显。     

钨合金力学性能表征分子动力学模拟

通过实验方法和分子动力学模拟方法研究了91%(质量分数,下同)细化颗粒钨合金材料的塑性力学问题。结果表明:细化钨合金材料具有应变率效应,且随着应变率的增加,屈服强度增强;钨合金材料应力-应变关系具有显著的温度效应、尺度效应和晶向效应;基于对钨合金材料的数值模拟结果与实验结果对比,得到了两种方法具有一致性的结论,证明了该MD模拟的准确性以及拟合出高应变率幂律公式的可信性。     

不同应变率下纳米多晶Cu/Ni薄膜变形行为的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了纳米多晶Cu/Ni薄膜在不同应变率下进行应变加载时的变形行为与力学性能.结果表明:Cu/Ni薄膜在较高的应变率加载情况下具有较高的屈服极限和应变率敏感性(m).应变率为108s1时Cu/Ni多层膜的界面上产生孔洞,而应变率为1010s-1时纳米多晶Cu薄膜出现碎裂.在较高的应变率加载条件下,Cu,Ni薄膜中FCC,HCP,OTHER原子团分数变化都很显著,而较小应变率时只有Cu薄膜的结构变化明显.模拟结果还表明,应变率增加有利于堆垛层错的形成,但应变率超过某一值时无序原子团增加会阻碍堆垛层错原子团的生长.     

中应变率加载下云杉各向异性力学行为研究

采用高速加载INSTRON设备对云杉开展10⁰ s^-1~10² s^-1中应变率压缩实验,研究了材料沿顺纹、横纹径向、弦向、以及径(弦)切面内与顺纹呈15°、30°、45°、60°和75°夹角方向的力学性能。实验表明随着加载方向由顺纹向横纹径(弦)向变化,材料屈服强度逐渐减小,应力-应变曲线塑性流动段由\     

铜纳米丝的应变率和尺寸效应的分子动力学模拟

用分子动力学方法对铜纳米丝的应变率效应和尺寸效应进行了模拟研究．结果表明，随着加载应变率的增大，铜纳米丝从低应变率下的静态响应逐渐呈现出较高应变率下的准静态以及高应变率下的动态响应特征，其变形机制以及应力一应变曲线的形态也随之发生变化．在静态和准静态区域，位错运动是铜纳米丝塑性变形的主要来源，而在高应变率动态加载时，铜纳米丝出现整体结构的非品化，最大屈服应力也随着应变率的升高而增大，强化现象明显．当铜纳米丝的截面尺寸变化时，其弹性摸量、屈服应力以及屈服应变、进入强化区域的临界应变率等都发生相应的变化，尺寸效应显著。     

纯钛高应变率拉伸力学行为的实验研究

利用MTS809材料试验机和旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸实验装置,对多晶纯钛进行了室温环境下应变率为0.001,0.01s-1的准静态和300,1400s-1的动态拉伸实验,获得了纯钛等温和绝热拉伸应力-应变曲线;实施了应变率为300s-1的冲击拉伸复元实验,获得了纯钛在高应变率下的等温应力-应变曲线。结果表明:纯钛的拉伸力学行为具有明显的应变硬化效应、应变率强化效应和绝热温升软化效应。采用修正的KHL模型较好地表征了纯钛在准静态和动态实验应变率范围内的拉伸力学行为。     

分子动力学模拟金属玻璃Cu应力晶化的应变率效应

采用Mishin镶嵌原子势，通过分子动力学方法模拟了零温下非晶金属Cu在不同应变率条件下的拉伸变形过程和应力晶化行为，分析了此过程中原子体系应力与结构组态的变化．结果表明：在应变率10^8s^-1-10^9s^-1范围内，金属玻璃Cu的塑性流动应力随着应变率的提高而增大，弹性模量约为55GPa．在塑性流动过程中发生应力晶化现象，伴随着明显的晶核形成与生长过程，晶化程度随着应变率的增加而加剧．应力效应和温度效应都是导致金属玻璃晶化的重要途径，形成的少量纳米晶粒是导致剪切带的形成和扩展的可能因素．     

纳米多晶Mg-Y合金压缩力学行为的分子动力学研究

目的 研究纳米多晶Mg-Y合金在不同温度和应变速率下的力学响应以及不同变形条件下的晶粒变形行为。方法 通过ATOMSK软件构建了晶粒取向随机的纳米多晶Mg-Y二元合金模型,利用LAMMPS软件,在400~520 K温度及1×10¹⁰ s⁻¹、1×10⁹ s⁻¹应变速率下完成了纳米多晶Mg-Y合金的压缩模拟,借助后处理OVITO软件对模拟结果进行了分析。结果 随着温度的升高,纳米多晶Mg-Y合金的力学性能降低,且在温度上升到一定程度后具有一定的梯度规律。在微观层面,温度的上升使总体位错密度下降,但减少了晶粒内部的长程位错和位错扭结,并且<c+a>类位错与<a>类位错的比例上升。纳米多晶Mg-Y合金在高应变速率下的屈服强度更高,在原子排布层面上,六方最密堆积的比例降低。结论 温度升高带来的更多能量使低能态的Y原子更容易参与到位错产生、消失过程中,还加剧了<c+a>类型位错向<a>类位错的转变。高应变速率通过大幅度转化基体Mg的六方最密堆积形式,增加了晶界的破碎和形核,影响了合金的力学性能。     

纳米多晶铝压缩塑性力学行为分子动力学研究

目的 研究纳米多晶铝在不同温度与应变速率下的力学响应与塑性变形行为以及不同变形条件下的塑性力学行为。方法 通过ATOMSK软件构建了晶粒取向随机的纳米多晶铝模型,利用LAMMPS软件在300～700 K温度以及1×10⁹、5×10⁹、1×10¹⁰、1×10¹¹ s^-1应变速率下完成了纳米多晶铝的压缩模拟,借助后处理OVITO软件对模拟结果进行了分析。结果 随温度的升高,晶界原子所占比例增大,纳米多晶铝的弹性模量逐渐下降,在压缩过程中总位错密度随温度的升高而增大。随着应变速率的增大,材料硬化速率增加,纳米多晶铝表现出更高的屈服强度。当应变速率较低时,位错大量存在于小晶粒之中,且中央大晶粒相较于初始位置旋转了20°。当应变速率达到1×10¹¹ s^-1时,材料的硬化速率极大提高,且在晶粒内部出现了孪晶。在塑性变形过程中,1/6<112>(不全位错)的数量最多,在位错运动中占主导地位。结论 温度升高导致材料弹性模量降低,这主要是由...     

不同应变率下的高聚物银纹化分子动力学模拟

基于粗粒珠簧模型,采用分子动力学模拟了玻璃态高聚物在不同应变率下微空洞的产生、扩展及断裂演化过程,表明银纹产生的微空洞会引起周围的应力集中,微空洞迅速扩展并伴有少量合并;结合临界应力判据,给出了银纹萌生的微观构型;通过引入非仿射位移场并结合应力-应变响应关系,计算了参与率随应变的演化,证实了聚合物在银纹化破坏过程中具有应变率相关敏感性的线性粘弹性特征。与实验现象吻合较好。     

PBX-9501粘结剂状态方程及其力学性能的MD模拟

利用COMPASS力场,在不同压力和温度条件下对PBX-9501粘结剂体系进行了分子动力学模拟和静态力学分析。通过研究PBX-9501粘结剂的压缩行为,获得该材料在600K/700K下的等温压缩线,并采用不同状态方程对结果进行拟合处理,确定方程中的参数。模拟结果表明经典Tait和Sun状态方程适用于描述PBX-9501粘结剂的等温压缩行为。通过静态力学分析,得到体系各模量和弹性系数随温度的变化,分析发现随着温度升高,材料的刚性减弱,弹性增强。     

未硫化天然橡胶应变诱导结晶对其分子运动的影响

天然橡胶的应变诱导结晶(SIC)行为被认为是导致其产生优异力学性能的主要原因,而分子动力学作为联系聚合物微观结构与宏观性能的桥梁,研究SIC行为对于其分子运动能力的影响有助于更深层次地理解天然橡胶优异性能的来源。文中采用同步辐射二维广角X射线衍射探究了未硫化天然橡胶(NR)的应变诱导结晶行为,结合宽频介电松弛谱研究了天然橡胶中聚异戊二烯橡胶烃分子在不同应变下的分子运动能力,包括链段松弛模式(SM)和整链松弛模式(NM),并进一步探究了单轴拉伸过程中天然橡胶分子动力学与力学性能之间的关系。结果表明,在常温下以0.01 s-1的应变速率进行单轴拉伸时,NR在应变3.0附近开始出现结晶,在结晶前后,NR中的分子运动能力发生了明显的改变。结晶前,随应变增大分子链逐渐沿拉伸方向取向,SM对应的介电强度(Δε)和松弛时间(τHN)分别增大和缩短,同时SM和NM对应的理想玻璃化转变温度(T0)都出现明显的上升;结晶后,结晶度随应变增大而提高,晶体限制了SM和NM松弛,因此,二者对应的Δε随应变提高逐渐减小,τHN随应变提高而延长。进一步地,结晶前NR橡胶烃分子链取向使链段运动加快有利于分子链排入晶格;结晶后由于晶体对链段运动及整链运动的限制作用,导致松弛时间增长,由此使NR的力学性能得到明显提高。     

镭射BOPP基膜循环拉伸力学性能的试验研究

目的 为研究双向拉伸聚丙烯（Biaxially Oriented Polypropylene,BOPP）薄膜在重复拉伸使用后的弹性模量变化以及应变变化趋势。方法 以26μm BOPP薄膜为研究对象,以1、1.5、2、2.5、3、3.5、4N为最大加载力分别进行加载周期为15次的单轴循环拉伸试验,总结对比循环次数以及加载力对弹性模量及棘轮应变的影响,分析薄膜性能变化趋势。结果 通过对比同一加载应力不同循环下的弹性模量以及棘轮应变,发现在预设加载力下随着循环次数增加,薄膜弹性模量呈增大趋势,且增大幅度逐渐减小,其棘轮应变与弹性模量变化趋势一致;通过取均值对比不同加载力下的弹性模量以及棘轮应变变化,发现薄膜弹性模量随加载力增大而先增大后减小,最大应变以及最小应变均随加载力的增加而增大。结论 通过试验研究得出了BOPP薄膜在循环拉伸中弹性模量及棘轮应变随加载力、循环次数增大的变化趋势;对薄膜性能变化有了一定的预测,并为实际加工中的张力选择提供了指导性建议。     

聚酰亚胺玻璃化转变的动力学模拟

聚酰亚胺具有许多优异的性能,因此在工业中得到了广泛应用。目前对聚酰亚胺玻璃化转变的研究都局限于实验法,但由于实验条件的限制如高温、高压等,通过实验方法难以得到实验数据,影响人们对聚酰亚胺玻璃化转变的认识。利用Materials Studio v7.0对聚酰亚胺玻璃化转变进行模拟,计算出4种不同聚酰亚胺在不同温度下的密度,从而得到比体积与温度关系图,再根据Fox和Flory提出的自由体积理论得到聚酰亚胺的玻璃化转变温度。模拟计算出的玻璃化转变温度与实验值基本一致,表明可以通过动力学模拟研究聚酰亚胺玻璃化转变。     

单层石墨炔薄膜力学性能的分子动力学模拟

采用AIREBO势,通过分子动力学(MD)模拟,对锯齿型(Zigzag)和扶手型(Armchair)单层石墨炔薄膜的力学性能进行了研究。模拟结果表明石墨炔的平衡距离为3.42,分子互作用势能为-153.5mJ/m3。用能量法和应力-应变曲线法分别计算杨氏模量和剪切模量。用能量法求解时,锯齿型石墨炔薄膜杨氏模量和剪切模量分别为531.2GPa和137.3GP,扶手型石墨炔薄膜分别为504.7GPa和126.5GPa;用应力-应变曲线法求解时,锯齿型石墨炔薄膜的杨氏模量和剪切模量分别为478.6GPa和128.3GPa,扶手型石墨炔薄膜分别为470.7GPa和120.5GPa。最后我们研究了温度对力学性能的影响。     

Study on Dynamic Behavior and Tensile Strength of Concrete Using 1D Wave Propagation Characteristics

Concrete structures are usually fractured under dynamic loadings, so it is important to have a clear knowledge of their dynamic behavior and tensile strength. First, the principle of one-dimensional (1D) stress wave reflection and superposition at free surface is briefed, and the spalling test method based on the Hopkinson bar is presented. Then, the attenuation law of stress wave is explored and the dynamic tensile/compressive moduli of concrete are evaluated according to the wave propagation experiment. Lastly, the influences of strain rate on the spalling tensile strength and failure patterns of concrete are further analyzed. The testing results demonstrate that the attenuation of stress wave accords with an exponential law when propagating in the concrete bar. The difference between the dynamic elastic moduli of concrete in tension and in compression is minor. Spalling tensile strength is sensitive to strain rate, and there is an obvious linear correlation between dynamic increase factor (DIF) and strain rate in a log-log plot for strain rate above 1.0/s; a single fracture occurs at low strain rate, while multiple fractures are detected with increasing strain rate.