單晶銅納米桿拉伸力學(xué)特性的大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)仿真.pdf

1、納構(gòu)件的力學(xué)特性是決定其使用性能的重要因素。本文采用分子動(dòng)力學(xué)并行仿真技術(shù)模擬了理想和帶有缺陷的單晶銅納米桿的拉伸變形過(guò)程，研究了納米桿拉伸力學(xué)特性的尺寸依賴性，及孔洞缺陷對(duì)納米桿拉伸變形過(guò)程和力學(xué)特性的影響。本課題的研究對(duì)全面認(rèn)識(shí)納結(jié)構(gòu)的變形和失效機(jī)理，指導(dǎo)納結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文首先基于LAMMPS軟件，搭建了適合本次課題研究的并行仿真計(jì)算平臺(tái)，并驗(yàn)證了并行算法的高效性、準(zhǔn)確性和可擴(kuò)展性。通過(guò)

2、對(duì)不同截面形狀的單晶銅納米桿拉伸過(guò)程的仿真計(jì)算，獲得了截面形狀對(duì)納米桿拉伸變形機(jī)制和力學(xué)特性影響的規(guī)律。仿真結(jié)果表明，截面形狀對(duì)單晶銅納米桿拉伸變形的初始塑性影響較小，而對(duì)力學(xué)特性的影響較大。
　　其次，通過(guò)模擬多種規(guī)模尺度下圓形、方形截面形狀納米桿的拉伸變形過(guò)程，研究了單晶銅納米桿拉伸力學(xué)特性的尺寸依賴性。仿真結(jié)果表明，納米桿拉伸力學(xué)特性受其橫截面外觀幾何形狀和尺寸的影響較為顯著，而受長(zhǎng)細(xì)比影響較小。隨著截面面積的增大，兩種截面

3、形狀納米桿的屈服應(yīng)力減小，首次屈服應(yīng)變提前，彈性模量增大；當(dāng)截面面積增大到500nm2后，兩種截面形狀納米桿的彈性模量趨于穩(wěn)定，其值接近理論值84GPa。
　　最后，建立起帶有通孔的單晶銅納米桿模型，采用中心對(duì)稱參數(shù)方法并結(jié)合位錯(cuò)形核理論研究了孔洞大小、孔洞間距、孔洞數(shù)量和孔洞構(gòu)型對(duì)納米桿拉伸力學(xué)特性和變形機(jī)制的影響。結(jié)果表明，孔洞的存在顯著降低了材料的強(qiáng)度；孔間距和孔洞構(gòu)型對(duì)孔洞貫通過(guò)程影響較大，進(jìn)而對(duì)納米桿力學(xué)特性產(chǎn)生影響；相