单晶硅薄膜法向热导率的分子动力学模拟

结合卫星"微型核"的特点,用分子动力学模拟的方法研究了硅晶体的热导率与其厚度的依变关系.采用Tersoff势能函数,用非平衡分子动力学方法(NEMD)研究了温度为400 K和500 K,厚度为2.715~10.86 nm的单晶硅薄膜的热导率.模拟结果表明:在温度为400 K和500 K时,薄膜热导率的计算值均随厚度的增加而增加,并显著小于体硅的实验值,在模拟范围内法向热导率与薄膜厚度呈近视线性关系.模拟结果表现出明显的尺寸效应.厚度为2.715 nm和8.145 nm的单晶硅薄膜的热导率随着温度的升高反而下降,且厚度越大,下降趋势越明显.     

强激光场中异核氢分子离子HD+的动力学行为的研究

基于分子动力学的经典轨迹方法,采用四步四阶显式辛格式算法对强激光场中异核氢分子离子HD 的各种动力学行为的时间演化进行计算,对计算结果进行分析,并和同核氢分子离子H2 的动力学行为相比较,得到异核氢分子离子不同于同核氢分子离子的动力学行为特点.计算结果与理论分析的一致,验证了采用辛算法研究强激光场作用下的分子动力学行为是可行的.     

静液挤压过程中挤压压力的数值模拟研究

研究钨合金静液挤压过程中的挤压压力随挤压参数的变化规律 .采用大变形弹塑性有限元理论 ,用ANSYS 5 5软件对不同挤压参数下钨合金静液挤压过程进行了数值模拟研究 ,得出了挤压压力随模具角度、变形量、摩擦系数这些挤压参数的变化规律 .将数值模拟结果与光刻网格的试样进行挤压后的测试结果进行比较可见有限元法的计算结果和实验结果相符合 ,即数值计算结果是可靠的 .     

弯曲载荷下碳纳米管力学行为的数值模拟

为研究碳纳米管在弯曲载荷作用下的非线性力学行为,用ABAQUS有限元软件模拟单壁碳纳米管的变形.比较有限元计算结果和分子动力学的计算结果,验证了有限元方法的有效性.利用有限元方法研究了单壁碳纳米管临界弯曲屈曲曲率随直径和长度的变化关系,并与分子动力学的计算结果比对,证实有限元方法模拟纳米尺度问题的可靠性.     

势能场影响区域车辆交互速度变化模型

为定量分析交通流中车辆间的交互影响,开展了主干路车辆交互速度变化模型研究,通过类比势能场理论中的引力和斥力,界定了势能场影响区域的概念,将目标车运行时与周围车辆的吸引和排斥作用归结为势能场影响区域交互面积的变化,提出考虑势能场影响区域的车辆交互分析方法,建立了目标车速度变化量与势能场影响区域交互面积的线性模型. 采用P3-DT北斗高精度定位测向机采集车辆坐标和速度,标定模型参数. 用该模型计算目标车速度变化量,并与实测数据进行对比. 结果表明:模型计算值与实际值之间的误差小于15%,车道变换时间越短,目标车与目标车道后方车辆间的交互作用越明显,后车的减速操作越迅速,验证了模型的有效性. 该模型将传统微观交通流分析中的车速与车辆间距两大因素归一为势能场影响区域交互面积,可为微观交通流中的多车交互研究提供方法,并为自动驾驶车辆提供速度控制策略.     

NdFeB合金氢爆过程中氢的扩散研究

为研究NdFeB合金的吸氧爆裂现象,对NdFeB合金氧爆过程中氢的扩散时间用Fick扩散方程进行了理论计算.对于粒度为5 mm的NdFeB合金颗粒,当其在25℃的环境温度下氧爆时,用Fick扩散方程计算出氢先后扩散进入NdFeB合金颗粒心部、富Nd相和Nd2Fe14B主相中的总时间为31.5 min,而实际的氢爆时间为30min.结果表明,理论计算出的氢的扩散时间与NdFeB合金氢爆过程实际进行所需要的时间吻合良好,说明基于Fick扩散方程建立的NdFeB合金氢爆过程中氢扩散的数学模型符合实际的氢爆过程.     

分子动力学模拟计算有机溶剂的溶解度参数

报道了利用分子动力学模拟手段对17种极性、非极性和氢键有机溶剂的溶解度参数进行计算的结果,并和实验值进行了对比。计算结果表明,非极性溶剂和多数极性溶剂的计算值和实验值吻合良好,相对偏差一般小于1％;而少数极性溶剂和多数氢键溶剂的计算值和实验值间则存在一定的偏差,其中苯酚达到16％。     

分子动力学模拟计算有机溶剂的溶解度参数

报道了利用分子动力学模拟手段对17种极性、非极性和氢键有机溶剂的溶解度参数进行计算的结果，并和实验值进行了对比．计算结果表明．非极性溶剂和多数极性溶剂的计算值和实验值吻合良好．相对偏差一般小于1％；而少数极性溶剂和多数氨键溶剂的计算值和实验值间则存在一定的偏差，其中苯酚达到16％。     

混配柴油分子系统相容性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,利用计算得到的溶解度参数,对模拟的石化柴油和大豆油混配柴油系统的相容性进行了研究。选用了几种和模拟系统分子相关的长链烷烃和不饱和脂肪酸甲酯作为参照物,将其模拟溶解度参数计算值和实验或经验值进行了对比,发现偏差较小,验证了文中模拟方法的可信性。然后,构建了由正十六烷模拟的石化柴油和几种不饱和脂肪酸甲酯模拟的大豆油按不同比例混配得到的7种柴油分子系统。对7种系统在293K时的溶解度参数进行了计算,结果发现,混合柴油系统的相容性随大豆油的配比增加呈现先减后增现象,在大豆油的物质的量比约0.6左右,系统的溶解度参数出现了最大的正偏差,表明此时两种油的相容性最佳。本结论将为柴油的混配研究提供一定的理论参考。     

Ti-Mo合金氢化物原位脱氢的相变研究

目的 研究Ti-Mo合金氢化物在原位退火中相变行为,分析Ti-Mo合金氢化物原位退火中的结构变化.方法 利用X射线原位衍射对不同成分的Ti-Mo合金的氢化物在退火过程中的相变用Rietveld法进行了分析.对晶格参数、微观应变在退火过程中的变化用Rietveld法程序进行了计算.对部分样品进行了透射电镜分析.结果 Ti-Mo合金饱和充氢后形成面心立方6相氢化物,在升温过程中转变为体心立方β相固溶体.随着温度升高,δ相与β相的晶粒尺寸和微观应变基本上都经历逐渐增大然后又变小的过程.在相转化的同时,δ相与β相的晶格参数基本随温度的升高而减小.衍射峰形和峰位存在各向异性展宽和位移.结论 用X射线原位衍射结合Rietveld法得到了Ti-Mo合金氢化物的相变信息.δ相氢化物存在广泛的位错和层错(孪晶).一些样品在退火中同时出现两个不同晶格参数的β相.     

合金元素比例对铜铅合金纳米拉伸力学特性的影响

铜铅合金由于铜的高塑性、高强度以及铅的自润滑功能,是经过实践检验证明的优良减磨材料,广泛应用于精密机械和航空航天领域中.为研究元素比例在铜铅合金材料纳米拉伸过程中对其力学特性的影响,采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大规模多晶铜分子动力学模型,在此基础上,采用混合蒙特卡洛/分子动力学方法(hybrid Monte Carlo/molecular dynamics, MC/MD)建立铜铅合金模型.根据真实铜铅合金比例成分建立具有不同铅原子比例的铜铅合金模型并与多晶铜纳米拉伸模型对比,模拟计算多晶体及铜铅合金的纳米拉伸过程,计算各模型的缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等参数.结果表明:具有不同元素比例的铜铅合金纳米拉伸过程存在显著的规律性,铜铅合金和多晶铜的静水压力及势能分布相似,铅原子能够抑制铜铅合金晶界处位错的形核与扩展从而使合金材料结构更稳定,合金材料塑性变形过程中晶粒和晶界的势能变化特点相反,铅原子的加入主要影响晶界状态,晶界结构组成在合金塑性变形过程中具有主要作用.因而,通过改变铜铅合金中的元素比例,可改变合金材料各方面性能,本文的研究结果为制备高性能铜铅合金材料提供一定的理论指导.     

Metastable liquid properties and rapid crystal growth of Ti-Ni-Al alloy investigated by electrostatic levitation and molecular dynamics simulation

Electrostatic levitation technique and molecular dynamics simulation were performed to investigate the thermophysical properties, liquid structure and crystal growth dependence on undercooling of Ti₈₅Ni₁₀Al₅ alloy. The liquid Ti₈₅Ni₁₀Al₅ alloy was substantially undercooled up to 335 K (0.18T_L). As undercooling increased, the potential energy of the liquid alloy decreased and the alloy entered into a high metastable state. At this state, the atoms tended to bond with each other and the clusters were inclined to convert into high-coordinated clusters, as confirmed by the fraction of the high-coordinated clusters variation. The enlarged clusters and enhanced local structure stability contributed to the increase of the thermophysical parameters and crystal growth velocity, and eventually dendrite refinement. The density, the specific heat and the surface tension of liquid alloy exhibited a linear relation with temperature and the shear viscosity of liquid alloy showed exponential variation which showed good agreement with the calculation results by molecular dynamics simulation. The growth velocity first increased slowly and then dramatically once the undercooling exceeded the threshold. The achieved maximum crystal growth velocity was 12.4 ms⁻¹ and it was up to 326 times of the value at 94 K undercooling.

     

铝镁合金固-液界面能分子动力学模拟与计算

通过实验及计算测得准确的固-液界面能,对于理解并掌握该合金凝固及形核的过程具有很大的帮助.用分子动力学方法对铝的均质形核过冷度进行了模拟,运用模拟得到的均质形核过冷度计算得到对应固-液界面能的值.进一步得到了Al在熔点温度下其理想光滑固-液界面的固-液界面能σ0,通过σ0对铝在不同温度下及Al-Mg在共晶温度和成分点的固-液界面能进行了预测.计算结果发现：不同均质形核过冷度计算得到的Al在熔点温度下其理想光滑固-液界面的固-液界面能σ0分别为0.199 8,0.199 9,0.199 8J/m2;由σ0对Al-Mg合金固-液界面能的预测的结果及凹槽法所得到的实验值分别为0.155 1J/m2和0.149 2±0.019 4J/m2,其误差小于4%.     

Molecular dynamics simulation of thermal stability of nanocrystalline vanadium

Currently, because of the thermal instability of nanocrystalline (NC) materials, there is little report on their thermal properties. Thus, for the NC, the study on their thermal sta- bility has been an urgent issue from the view of practical application and theoretical re- search. The difficulty for investigating the growth of NC material is to determine the crystal grain size precisely. Crystal grain size is generally determined by electronic mi- croscopes or X-ray diffraction[1]. Experime…     

Fe75Cr12.5Mo12.5合金非晶/纳米晶化过程的分子动力学模拟

为模拟Fe75Cr12.5Mo12.5合金非晶/纳米晶化的整个过程,采用分子动力学方法,通过动力学弛豫、淬火和退火处理得到了Fe75Cr12.5Mo12.5合金的非晶/纳米晶态结构.采用径向分布函数(radius distribution function,RDF)和X线衍射图(X-ray diffraction,XRD),分析了模拟过程中各阶段的原子结构.结果表明:Fe75Cr12.5Mo12.5合金的非晶和纳米晶形成能力较强,添加非金属元素能进一步提高非晶形成能力.分子动力学模拟技术为铁基非晶/纳米晶的成分配比和工艺选择提供了理论依据.     

基于递归法Cu-Zr合金的强化机理及导电性

为了研究Cu-Zr合金强化机理及导电性能,采用递归法计算Cu-Zr合金电子结构,并用电子结构参数解释了合金的强化与导电机理.研究发现,在Cu基体原子中Zr原子间相互作用能为正,互相排斥形成有序相,以化合物形式从基体析出.环境敏感镶嵌能的计算结果显示,稀土元素Y从晶粒内向晶粒表面扩散,并填补在生长中的Cu晶粒表面缺陷处,阻碍晶粒长大,使晶粒细化.Y在Cu晶粒表面互相排斥形成有序相,能阻止晶界或位错的运动,使合金的强度增加.电子的偏移使合金原子带负电荷,而周围的Cu基体带正电荷,进而在合金内部产生微电场.微电场的存在对电子产生散射作用,使合金电阻增大,降低导电能力.     

随机参数链式机械系统动力特性分析

对求解结构固有频率的传递矩阵进行扩阶,推导了链式机械系统振动分析的扩阶传递矩阵算式．利用扩阶的传递矩阵和系统的边界条件建立了求解系统固有频率的高次代数方程,并应用数值方法求解．建立了随机性结构参数的链式机械系统动力特性分析模型,利用Monte Carlo数值模拟方法获得系统的特征值随机变量的数字特征．两个算例验证了这种模型的合理性和求解方法的正确性,计算出随机参数机械系统固有频的率均值和方差,分析了结构参数的随机性对系统动力特性的影响．     

硅锗超晶格结构热导率的分子动力学模拟

采用Stillinger-Webber势能函数描述硅锗超晶格结构原子间的相互作用,建立硅锗超晶格结构的热传导系统,利用非平衡分子动力学模拟方法计算了不同周期数、不同厚度、不同温度下的Si/Ge超晶格结构热导率.模拟结果表明：超晶格结构热导率随着周期长度和周期数的增加而逐渐增大.受界面热阻效应的影响,靠近高温热墙处导热层...     

晶粒度对多晶铜纳米压痕表面变形机理影响

为研究晶粒度在多晶材料纳米压痕过程中对其塑性变形机制及位错演生过程影响.采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大规模多晶铜分子动力学模型,针对多晶铜Hall-Petch效应曲线建立具有不同晶粒度的多晶铜模型,并与单晶铜纳米压痕模型对比,采用分子动力学方法模拟计算金刚石探针压入模型的纳米压痕过程,计算4种模型的缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等参数.采用中心对称参数法研究压痕过程中位错等缺陷结构的演化机制.结果表明:具有不同晶粒度的多晶铜纳米压痕过程存在显著的规律性,单晶铜压痕力高于多晶铜,多晶铜压痕力随着晶粒度降低而下降;多晶铜的晶界结构能够限制压痕缺陷、内应力与原子势能向材料内部传递,而单晶铜难以限制此传递过程;压痕过程中,具有较小晶粒度的多晶铜具有更高的静水压力、范式等效应力与原子势能,单晶铜内应力与原子势能低于多晶铜.表层及亚表层为较低晶粒度而材料内部为较大晶粒度的梯度晶粒度材料具有极大的研究价值.     

中能弹性背散射电子的角分布在表面成分分析中的应用

本文从理论上证明中能弹性背散射电子的角分布可以用来分析样品中原子的浓度,并对金、铜及金铜合金进行了分析。结果表明中能弹性散射电子完全可以用来进行成分分析。在本特例中,在未加任何修正的情况下,由本方法得到的浓度和实际值的误差只有5％。