轴向载荷下纳米晶胞的力学性能的数值分析

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本文借助分子动力学原理和晶体动力学理论,利用经典力学的方法分析了纳米晶胞在压缩和拉伸状态下的力学特性。 将分子动力学中的势函数利用到经典力学的应变能理论中,结合晶体动力学的弹性理论,推导了在轴向载荷作用下,晶胞的应力-应变、结合能、弹性常数与原子间距离的关系函数,同时利用原子间距离与晶体晶格常数的相互关系推出了应力应变、结合能和弹性常数与晶格常数的相互关系。 根据力学稳定性判据确定了势函数的有效范围。根据该理论肯定了EAM势的可靠性,并计算了在平衡状态下金属单晶的晶格常数,弹性常数以及结合能,并与Ackland等人的实验数据进行比较,结果符合很好。 利用推导出的晶胞的应力和弹性参数随晶胞常数变化的函数,对金属单晶的在受[100]的单轴外力作用下的变形进行了计算分析,结果表明:单轴外力沿[100]方向加载后,在压应力作用下,晶体结构发生变化,从FCC结构变成BCC然后再变成BCT结构;BCC和BCT结构都是不稳定的。在张应力作用下发生均匀形变,当形变达到一定程度时材料发生断裂。由此结果得到了BCC结构晶体材料的在轴向载荷作用下的变形机制和特性以及材料理论断裂强度。 本文在微观领域,将经典力学、分子动力学和晶体动力学相结合,对微观物质的力学性能用经典力学的方法进行探索和研究,对纳米材料力学性能的计算模拟研究有着重要的意义。
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