基于分子動力學的晶體銅拉伸變形機理研究.pdf

1、目前，微機電系統(tǒng)發(fā)展迅速，納機電系統(tǒng)的研究逐漸引起了國內外學者的廣泛關注。納機電系統(tǒng)利用納米級構件的特殊效應，能夠實現常規(guī)機械無法實現的功能。然而，由于沒有對納構件的力學性能和變形機理進行系統(tǒng)的研究，目前納機電系統(tǒng)的設計主要以經驗和試探的方式為主。本文基于分子動力學理論，通過模擬納構件材料的變形過程，從微觀角度揭示納構件的力學性能和變形機理。本文的研究對納機電系統(tǒng)的設計和制造具有指導意義。
　　本文基于LAMMPS軟件，實現了大規(guī)

2、模多核并行計算。對單晶Cu納米桿和單晶Cu塊體進行拉伸模擬，獲得了不同時刻的系統(tǒng)參數。通過對比分析，揭示了自由表面在位錯形核和擴展過程中的作用。結果表明：受表面效應的影響，原子能量高的地方容易產生缺陷原子；單晶Cu納米桿屈服強度小于單晶Cu塊體；單晶Cu納米桿在“位錯層塞積—能量上升—位錯層開動”的變形機制下發(fā)生塑性變形；單晶Cu塊體在“空位—微觀空洞—空洞貫穿—斷裂”的變形機制下發(fā)生斷裂。
　　其次，本文采用Voronoi方法，

3、結合VC++程序，建立了納米多晶Cu塊體仿真模型，并分析了模型的內部結構。多晶Cu塊體的晶粒尺寸在納米量級，晶界原子比例較高，晶粒內部原子的能量較低，略大于理想晶體Cu的結合能。晶界原子處于高能量狀態(tài)，截面原子能量分布呈盆地狀。模擬了多晶Cu塊體拉伸變形過程，結果表明，晶界對多晶Cu塊體變形過程有較大影響。缺陷原子在能量較高的地方產生的概率較大，位錯首先在晶界處形核；位錯無法穿過晶界擴展到相鄰的晶粒內部，遇到晶界即停止擴展。這導致納米多

4、晶Cu的應變強化現象；觀察到晶粒在協(xié)調變形過程中有旋轉的趨勢，表明其變形機制以晶界滑移和晶粒旋轉為主。
　　最后，采用Voronoi方法，結合VC++程序，建立了具有不同截面形狀的多晶Cu納米桿仿真模型。模型具有相同的長徑比、晶粒拓撲等，以排除這些因素對變形的影響。通過對比兩者拉伸變形的不同，分析了截面形狀對多晶納米桿拉伸變形的影響。結果表明，截面形狀影響多晶Cu納米桿表面原子能量分布。圓形納米桿的表面曲率大，處于高能量狀態(tài)的表面