不同温度下纳米钼单晶力学性能的分子动力学模拟

利用分子动力学的方法模拟钼单晶纳米丝在拉伸作用下的力学性能和微观结构的演化过程。在不同温度下的模拟结果表明,位错和滑移是钼单晶拉伸变形的主要机制。其中从100 K到500 K,随着温度的增加,钼单晶纳米丝拉伸过程中屈服应力逐渐降低,断裂应力逐渐增加;屈服应变逐渐减小,断裂应变在常温300 K时达到最大。此外,100 K和300 K时纳米丝的结构在拉伸过程中出现明显的屈服变形,内部变形以滑移为主;在500 K时没有出现明显的屈服变形,原子排列不规则呈无序状态,结构内部伴有大量的位错和滑移现象。     

有孔纳米单晶铜薄膜拉伸断裂特性的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟有孔纳米单晶铜薄膜的拉伸断裂过程.通过施加拉伸应变驱动原子运动和小孔变形,展示有孔纳米单晶铜薄膜随应变增加的原子位形直观分布;超过弹性极限后,位错发生于小孔的应力集中处.计算所得原子平均能量随变形的增长趋势,结果表明,有孔纳米单晶铜薄膜的变形机制可以显著地分为三个阶段,弹性延伸、塑性滑移、沿位错线开裂.     

单晶铜薄膜纳米压痕过程的分子动力学模拟

使用三维分子动力学方法模拟了单晶铜薄膜的纳米压痕过程,研究了压头半径对纳米压痕过程的影响;采用Morse势函数计算试样原子与压头原子之间、试样原子之间的相互作用关系.结果表明:单晶铜薄膜纳米压痕的力学机理是非晶态产生的变形;纳米压痕过程具有尺寸效应,压头大小对单晶铜薄膜纳米压痕的分子动力学模拟结果有显著的影响.     

单晶铝微构件拉伸过程的分子动力学仿真研究

建立了单晶铝微构件拉伸过程的分子动力学仿真模型，利用Morse势函数对微构件的拉伸过程进行了仿真计算。从能量演化的角度解释了拉伸过程仿真在平衡阶段、裂纹产生和断裂阶段的若干力学现象。计算得到单晶铝微构件的断裂强度为22．1GPa。用Griffih断裂理论解释了微构件的断裂机理以及高强度产生的原因。     

基于分子动力学的单晶硅压痕过程计算机仿真研究

对单晶Si的压痕过程进行了分子动力学模拟.采用Morse势函数描述原子间的相互作用,以牛顿方程建立力学运动方程,使用改进后的Verlet算法解原子运动轨迹,通过对MD仿真结果的分析研究,将压痕过程分为三个特征阶段,即初期弹性变形阶段、中期塑性变形阶段及非晶层形成阶段.并从原子角度分析了压痕过程中原子间势能、磨削力的变化、应力状态、磨削温度等特征,解释了微观材料的去除和表面形成机理.     

IF钢晶界的微观力学性能及其对宏观力学性能的影响

利用纳米压痕技术对不同晶粒尺寸无间隙原子钢(IF钢)晶界的微观力学性能进行表征,并测试了IF钢的维氏硬度和拉伸性能,分析了晶界微观力学性能对宏观力学性能的影响。结果表明:不同尺寸晶粒内的纳米压痕硬度和弹性模量基本一致,但晶粒尺寸较小试样的平均纳米压痕硬度约为3.12GPa,比晶粒尺寸较大试样的(2.36GPa)更高,平均模量约为205GPa,低于晶粒尺寸较大试样的(210GPa),晶粒尺寸较小试样的维氏硬度和抗拉强度明显高于晶粒尺寸较大试样的;晶界的纳米压痕硬度(3.25GPa以上)比晶粒内的(2.61GPa)更高而弹性模量略低是导致宏观力学性能差异的主要原因。     

纳米切削多晶铜的分子动力学仿真研究

采用Voronoi方法建立了多晶铜切削模型,基于分子动力学方法实现了多晶铜纳米切削加工的二维分子动力学仿真。分别选用EAM势函数和Morse势函数来计算工件原子间以及工件原子和刀具原子间的相互作用。对切削过程和切削力的变化进行了分析,发现晶界会阻止位错向晶粒内部传播,在已加工区域表面,前一晶粒中的原子会随刀具运动到下一晶粒中形成晶界,切削过程中切削力随时间波动剧烈,并在晶界处会出现瞬时的峰值。     

带孔纳米单晶铜悬臂梁弯曲的分子动力学模拟

应用分子动力学方法模拟了带孔纳米单晶铜悬臂梁的弯曲过程。通过一端固定另一端施加横向作用力驱使原子运动,得到纳米单晶铜悬臂梁弯曲的变形图。对其不同于宏观连续介质理论的位移-载荷曲线进行分析,给出了合理的解释。结果表明:纳米尺度下的微缺陷对纳米单晶铜悬臂梁的性能具有明显的影响;尺寸效应和表面效应的影响,以及位错滑移和弛豫的综合作用,使得纳米单晶铜悬臂梁在纳米尺度下表现出与宏观尺度下不同的力学特性。     

微构件分子动力学集成仿真系统的研究

采用VC++集成环境和OpenGL技术开发了面向微构件特性评价的分子动力学模拟软件系统(MDIS).MDIS模拟系统可以实现微构件的纳米切削加工和微拉伸等参数化分子动力学仿真,同时可以实现特殊微构件-单壁碳纳米管的力学特性评价.软件利用了模块化设计思想,界面友好,易于操作,集成度高,适合微构件综合分子动力学分析.采用MDIS系统对金刚石刀具切削单晶铜材料以及单壁碳纳米管与单晶硅材料相互作用的分子动力学模拟进行了仿真模拟研究.     

单晶铜纳米机械加工的分子动力学模拟与实验的间接对比

以单晶铜微探针纳米刻划加工为例,提出了一种分子动力学模拟与实验的间接对比方法,依次开展了工件材料的弹性常量的定量对比、工件材料机械性能的纳米压痕测量的定量对比、已加工表面形貌的定性对比。单晶铜工件压缩、剪切、拉伸和纳米压痕的分子动力学模拟显示,分子动力学模拟体系的弹性模量与实验测得值相同,压痕后工件表面材料堆积的对称特性与实验结果相符。研究结果表明,所使用的嵌入原子势能函数可以精确地描述单晶铜工件中铜原子之间的相互作用,纳米机械加工的分子动力学模拟具有较高的精度,并且可以很好地预测纳米机械加工的实验结果。