纳米铜单晶及双晶静拉伸二维力学行为的原子模拟

用分子动力学方法模拟了纳尺度铜单晶与铜双晶的 (111)面原子的静拉伸力学行为。模拟结果表明纳米铜晶体的静拉伸变形过程中 ,原子系统的排列结构在弹性阶段没有变化 ;在塑性阶段铜单晶出现两个方向的交错滑移 ,铜双晶的塑性变形机制远比铜单晶复杂从而导致两者应力应变曲线的差异。模拟还发现纳米铜晶体具有良好的塑性变形自组织能力。

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。

单晶铜纳米切削过程的研究

采用分子动力学三维模型研究单晶铜纳米切削过程 ,工件原子间相互作用力和工件与刀具原子间相互作用力采用Morse势计算 .通过分析切削过程中瞬间原子图像、切削力、单位切削力和轴向切削力与切向切削力比值 ,发现在整个切削过程中有位错产生 ,在加工表面发生弹性恢复 ,但未发生切屑体积的改变 ,切屑以原子团方式去除 ,单位切削力和轴向切削力与切向切削力的比值比传统切削时大得多 .

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。

纳米单晶铜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了拉伸状态下纳米单晶铜中孔洞的力学行为。通过与无孔纳米单晶铜块体弹性性能的比较 ,可知小孔使纳米单晶铜的弹性模量显著下降。弹性阶段 ,有孔单晶铜中无位错产生 ;超过其弹性极限后 ,位错线从四周向有孔单晶铜内部发射 ,位错滑移为其主要变形机制。

纳米单晶铜薄膜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

固体的断裂过程贯通宏、细、微观多个层次尺度，涉及固体力学、材料科学与物理学等领域。细观破坏过程的4种基本构元(孔洞、微裂纹、界面失效、变形局部化等)的起源和演化描述必须在微(纳)观尺度才能完全阐明。从原子尺度运用分子动力学技术模拟纳米单晶铜薄膜中孔洞在拉伸作用下的力学行为和动态断裂过程。

纳米尺度孔洞周围应力集中现象分析

运用分子动力学方法,采用EAM势函数对纳米单晶铜杆拉伸过程进行分析。选择一个无孔的纳米单晶铜杆作为模型进行拉伸实验,分析内部拉伸应力分布情况;在该模型中间挖出一个孔洞进行拉伸实验,分析孔边拉伸应力分布情况,用工程应力的方法计算应力、应力集中系数。改变模型尺寸、孔洞半径,对多个模型孔边应力集中系数进行计算,总结孔边应力集中的特点。

纳米尺度固体中应力计算方法研究

纳米尺度的应力计算方法包括维里应力和工程应力的计算方法。作者以计算固体中的拉伸应力为例,阐述两种计算方法在计算固体中应力时的异同及适用范围。比较两种算法在计算垂直于拉伸方向截面上的平均拉伸应力和在该截面上不同位置处的局部拉伸应力,分析在不同外载荷下两种方法的计算结果,最后总结出两种算法各自的优点和缺点。在具体计算中,选取了EAM势函数,用分子动力学方法对纳米单晶铜杆的拉伸过程进行模拟。

单晶铜纳米线弯曲、扭转的变形机制的分子动力学研究

本文利用分子动力学方法研究了<001>/{100}和<110>/{111}两种单晶铜纳米线在弯曲、扭转载荷作用下的变形机制和力学行为.在<001>/{100}铜纳米线的弯曲过程中,当弯曲角度很大时,我们观察到了一些五重变形孪晶.分析表明,配位数为12的其它原子类型与hcp原子类型间的相互转化是导致出现这种五重变形孪晶的重要因素.这个结果与文献(Appl Phys Lett,2006,89:041919)所报道的纳米晶铜在拉伸状态下所观察到的五重变形孪晶的形成过程截然不同;然而该孪生变形机制并未在相应的?110?/{111}单晶铜纳米线的弯曲加载过程中被发现.此外,通过对<001>/{100}和?110?/{111}单晶铜纳米线进行扭转模拟,我们发现,这两种纳米线的扭转塑性变形分别是以从表面边角和侧表面发射全位错为主的变形机制.

纳观金属材料拉伸强度的影响因素

应用分子动力学中嵌入原子法(EAM)势函数模拟纳米单晶铜的拉伸过程,得出具有完整结构和各种缺陷结构模型拉伸时的强度极限应力,并分析了缺陷对模型拉伸强度的影响.结果表明:孔洞会降低纳米金属材料拉伸强度,表面缺陷是降低纳米金属材料拉伸强度的最主要因素,不同大小的空穴对纳米金属材料拉伸强度有不同的影响.

浅析宏观与纳观材料拉伸强度差异

应用分子动力学方法，采用EAM势函数模拟纳米单晶铜的拉伸过程，在拉伸的数值模拟过程中，采用具有完整结构和各种缺陷结构模型，观察缺陷对模型强度的影响，给出各个模型拉伸时应力应变曲线及极限应力。

Nanoindentation tests on single crystal copper thin film with an AFM

Nanoindentation tests performed in a commercial atomic force microscope have been utilized to directly measure the elastic modulus and the hardness of single crystal copper thin films fabricated by the vacuum vapor deposition technique. Nanoindentation tests were conducted at various indentation depths to study the effect of indentation depths on the mechanical properties of thin films. The results were interpreted by using the Oliver-Pharr method with which direct observation and measurement of the contact area are not required. The elastic modulus of the single crystal copper film at various indentation depths was determined as (67.0±(6.9) GPa) on average which is in reasonable agreement with the results reported in literature. The indentation hardness constantly increases with decreasing indentation depth, indicating a strong size effect.