SiC沿[100]、[110]和[111]晶向断裂的分子动力学模拟

为进一步了解SiC材料力学性能机理,采用Tersoff势对SiC在不同温度下初裂纹前缘沿[100]、[110]、[111]三个不同晶向的裂纹扩展进行了分子动力学模拟.裂纹前缘方向为[100]、[111]晶向的初裂纹扩展模拟结果表明:裂纹扩展方式为脆性解理断裂,低应力下裂纹尖端表面有无序带形成,在保证裂纹张开力作用下,裂纹尖端存在尖锐—钝化—尖锐的扩展过程.裂纹前缘方向为[110]晶向的初裂纹扩展模拟结果表明:裂纹出现明显“取向效应”,裂纹传播方向脱离了原有晶向(约60度)而选择沿其它晶向传播,裂纹扩展比较容易,裂纹断裂面几乎是完美的平面.     

多晶面银纳米线拉伸形变的分子动力学模拟

本文以低能量的四棱台结构为基本单元,构建了[100]晶向的多晶面单晶Ag纳米线.利用分子动力学方法模拟其在拉伸载荷下的形变行为,考察了纳米线的单元结构、体系温度、拉伸速率等因素对该纳米线机械强度和断裂模式的影响.结果表明:当四棱台结构单元的长边与短边比值小于1.4时{111}表面的强化作用占主导地位,而当比值大于1.4时多晶面的引入对纳米线起到弱化作用.在断裂模式上,多晶面纳米线在超低温和低应变速率下易于表现脆性断裂,而在室温和高应变速率易于表现韧性断裂.后者塑性形变的机理受位错成核、增殖和位错消失的共同作用,而前者的形变机理与位错活动无关,超低温使材料脆性增加,结构单元之间交界处产生裂隙,裂隙的形成和扩张导致了纳米线的迅速断裂.     

不同晶向Cu纳米线结构和电子特性的第一性原理计算

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,系统研究了[100]、[110]和[111]3个低指数晶向不同尺寸Cu纳米线的弛豫结构和电子特性。由于配位数的减少,纳米线表面原子向内收缩且角部区域内的原子弛豫量较大,即存在着"倒棱"现象。纳米线的结合能随着其线径的增加而增加,[110]晶向六边形结构的Cu纳米线最稳定,这与在实验中最容易形成该晶向纳米线的结果一致。纳米线表面原子与其最近邻原子间的相互作用明显增强,因此相对于体相Cu晶体,纳米线的力学性能得以提高。所有Cu纳米线都具有金属性,且其量子电导随着线径的增加而增大。     

基于分子动力学的 α‐SiO2 晶体力学性能

采用分子动力学方法, 结合Tersoff势函数, 模拟α-SiO₂晶体在应变加载下的力学性能, 并考察温度对α-SiO₂力学性能的影响. 结果表明: α-SiO₂在常温加载过程中经历了弹性变形、 塑性变形及断裂变形3个阶段, 获得的屈服强度为22.6 GPa, 断裂强度为36 GPa; 在塑性变形阶段观察到α-SiO₂从晶相向非晶转化的相变过程; 随着温度的升高, α-SiO₂的屈服强度和弹性模量逐渐降低; 温度越高断裂应力和断裂应变越低, α-SiO₂晶体在高温单轴加载下易出现断裂.     

基于分子动力学的α-SiO2晶体力学性能

采用分子动力学方法, 结合Tersoff势函数, 模拟α-SiO₂晶体在应变加载下的力学性能, 并考察温度对α-SiO₂力学性能的影响. 结果表明: α-SiO₂在常温加载过程中经历了弹性变形、 塑性变形及断裂变形3个阶段, 获得的屈服强度为22.6 GPa, 断裂强度为36 GPa； 在塑性变形阶段观察到α-SiO₂从晶相向非晶转化的相变过程; 随着温度的升高, α-SiO₂的屈服强度和弹性模量逐渐降低； 温度越高断裂应力和断裂应变越低, α-SiO₂晶体在高温单轴加载下易出现断裂.     

不同温度下的乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜单轴拉伸试验

对厚度为250μm的乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)薄膜进行了单轴拉伸试验,考虑了不同的低-高温度(分别为-50、-40、-30、-20、-10、0、10、20、30、40、50、60、70及80℃)效应,试件截取方向为机器方向.得到了ECTFE薄膜在不同温度下的拉伸应力-应变曲线,通过分析得到了弹性模量、屈服强度、屈服应变、冷拉应力、抗拉强度、断裂延伸率等力学参数及其随温度的变化规律.结果表明:随着温度的降低,应力-应变曲线整体向上抬升,屈服强度、拉伸强度、冷拉应力和弹性模量均增大,断裂延伸率和韧性均减小.在不同温度(-50～80℃)下,弹性模量的差值可达到93%,屈服强度的差值可达到89%,温度变化对ECTFE薄膜力学性能的影响显著.得出了主要力学参数和温度变化的拟合公式,可用于判断ECTFE薄膜在不同温度下的力学性能.     

乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜单向拉伸性能及黏塑性本构模型

对厚度为250μm的长条形ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)薄膜试样进行了8种定速(拉伸速度由极慢的1mm/min到极快的500mm/min)单向拉伸试验,得到了相应的应力应变曲线、屈服强度、弹性模量等参数随拉伸速率的变化规律.结果表明:ETFE薄膜的屈服强度和屈服应变随拉伸速率的增加而增加;ETFE薄膜的切线、割线弹性模量,以及基于应变能和应变余能的等效弹性模量随拉伸速率的增加而增大,3种弹性模量之间的差值也随拉伸速率的增加而增大.对上述应力应变曲线进行分析,提出了ETFE膜材的黏塑性本构模型(Peirce模型),并在有限元分析软件ANSYS中进行了数值模拟,其结果与试验得出的应力应变曲线吻合较好.     

纳米线高应变率拉伸超塑性

应用分子动力学方法,采用嵌入势EAM与Buckingham势,对金属Cu、半导体化合物CuInSe2和陶瓷化合物MgO纳米线进行拉伸模拟,考察其拉伸应力-应变曲线,并分析拉伸过程中的结构变化.发现当以高于临界应变率的速率对纳米线进行拉伸时,纳米线由脆性断裂向韧性断裂转变,且其延伸率可以超过100%,表现出超塑性的特性,而以较低应变率拉伸时,纳米线仍然表现为脆性断裂,这表明纳米线材料的超塑性对于应变率高度敏感.通过观察纳米线在拉伸过程中的结构变化,发现高应变率拉伸时由于CuInSe2与Cu纳米线晶体结构发生非晶化,在这一转变过程中大量能量被吸收,因而导致其塑性变好.而MgO纳米线则发生面心立方结构向环形结构的相变,相变的发生同样导致了能量的吸收,从而使其塑性大大改善.     

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.     

铜纳米线拉伸断裂过程的原子尺度分子动力学模拟

基于经典力学势函数的分子动力学模拟方法研究铜纳米线的拉伸断裂过程,并分析断裂前应力、应变和位错行为的关系及断裂后的形貌演化.结果表明:纳米线两端的锥形结构可阻塞位错运动,从而提高其断裂强度;断裂后断口处尖锐的尖端结构形貌会发生自发的回缩和钝化,该过程是尖端上储存的弹性能和的高能结构(如孤立原子、孪晶界和表面弯折等)的自我修复,最终在表面上形成许多能量较低的(111)小平面所致;其物理机理是在温度激活下的能量最小化过程.     

纳米铜单晶拉伸力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟了绝对零度时三种不同边界条件下纳米铜单晶的拉伸力学性能。计算结果发现：不同边界约束对钢单晶的内在原子运动和整体力学行为有明显影响;纳米杆、纳米薄膜良好的延性主要来源于位错运动;铜单晶块体的破坏源于内部孔洞的发展,破坏时延性较差;此外,纳米杆、纳米薄膜存在较大的表面张力。     

Phase formation,texture evolutions,and mechanical behaviors of Al0.5CoCr0.8FeNi2.5V0.2 high-entropy alloys upon cold rolling

The cold rolling (CR) reduction dependence of microstructure evolutions and mechanical properties for Al_0.5CoCr_0.8FeNi_2.5V_0.2 high-entropy alloy (HEA) were investigated. The HEA remains FCC structures consisting of nanoscale ordered L1₂ phase, confirming the phase formation prediction. With increasing CR reduction, the textures transform from random ones to FCC rolling ones accompanied by dense slip bands and deformation twins. Under a 50% CR reduction, the deformation textures started to become evident and were governed by typical {111}<112>F, {110}<100>Goss and {112}<111>Cu texture components. When the CR reduction approached 90%, the deformation textures mainly contained the {110}<111>A, {114}<110>X, and {112}<111>Cu texture components. As a result, both Vickers hardness and ultimate strength increased, but the ductility decreased roughly. The enhanced strength should be attributed to the anisotropy and work hardening behavior from textures. The plastic deformation for the samples under low CR reductions was dominated by deformation twins and slip bands. However, under high CR reductions, the textures severely impeded the further propagation of pre-existing slip bands, leading to the rapid decrease of ductility. Therefore, the CR reduction should be carefully designed before optimal heat treatments to enhance the strength and ductility synergy.     

Cu晶体[110]载荷下的理论强度

把MAEAM与Wang等改进的Bom力学稳定性判据相结合,讨论了FCC晶体Cu沿[110]方向单轴载荷下的力学稳定性和理论强度。结果表明：计算的FCC相弹性模量与实验值符合很好。其力学稳定性范围为-263．4～4．03GPa,相应的伸长范围为0．796-1．066．     

钨合金力学行为的计算机数值模拟─—宏观力学性能

在微观力学行为分析的基础上，对90W合金宏观力学性能及其与微观结构因素（粘结相力学参数）之间的关系进行了计算机数值模拟研究．结果表明：钨合金性能与粘结相力学参数密切相关．随着粘结相弹性模量增加，合金的抗拉强度增加，但延伸率降低．当粘结相屈服强度800MPa时，合金抗拉强度随粘结相屈服强度增加而增大，在粘结相屈服度为800MPa时达到最大值．随粘结相抗拉强度增加，合金抗拉强度和延伸率均呈近似线性规律增加．合金延伸率对粘结相应变硬化模量极为敏感．     

用X射线衍射研究不同直径镍纳米线阵列的生长方向

大面积有序的不同直径的镍纳米线阵列在多孔氧化铝模板中通过直流电化学沉积制备,利用X光衍射研究了它们的生长方向。充分利用X光的特点对镍纳米线阵列的正反两面进行了测量,结果发现随着纳米线直径的增加,镍纳米线方向向由[110]方向开始向[111]方向转变。并且,利用高分辨透射电镜进行观测,结果发现和XRD得到的结果是一致的。这进一步说明了利用X光来研究纳米线的生长方向既简单又准确．该方法将在以后的纳米器件的研究中起到重要的作用,     

(001)GaAs和(001)InP晶片[110]及[1(-1)0]取向的简易判别法

Ⅲ-Ⅴ族化合物中的GaAs及InP是目前制造激光二极管的主要材料之一。人们利用GaAs和Inp在腐蚀液中各向异性的特性,蚀刻出各种梯形台面以获得最小条形有源区,然后再进行二次外延,做成掩膜条形激光二极管。然而要蚀刻出不同梯形台面的条形,在光刻前必须判别出(001)GaAs和InP外延片的[110]及[10]晶向。通常判别GaAs及     

TiB2含量对原位自生TiB2/2219铝基复合材料组织与性能的影响

利用混合盐高温反应法制备了原位自生TiB2/2219铝基复合材料铸锭. 通过光学显微镜、扫描电镜、X射线等显微组织表征方法以及弹性模量、室温拉伸和室温摆锤冲击实验等测试手段,研究了TiB2含量对原位自生TiB2/2219铝基复合材料组织和性能的影响. 研究表明,当TiB2质量分数由0提高到5%时,TiB2颗粒尺寸和TiB2/2219铝基复合材料铸锭的平均晶粒尺寸逐渐减小,固溶时效态的TiB2/2219铝基复合材料板材的弹性模量和强度显著上升,但延伸率和冲击韧性下降. 当质量分数为5%时,TiB2/2219铝基复合材料板材的弹性模量、抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到88.7 GPa、（474.2±2） MPa、（400.6±1） MPa和（4.7±0.1）%.     

复合材料力学性能细观预测

利用细观力学平均应力场理论和割线模量，本给出了分析复合材料弹塑性能的统一模型，并详细地分析了单向增强，平面，空间任意取向，叠层等复合材料，弹性，屈服，硬化性能与微观结构的关系，模型预测结果与实验值吻合较好。     

Effects of Strain Rate,Temperature and Grain Size on the Mechanical Properties and Microstructure Evolutions of Polycrystalline Nickel Nanowires: A Molecular Dynamics Simulation

Through molecular dynamics(MD)simulation,the dependencies of temperature,grain size and strain rate on the mechanical properties were studied.The simulation results demonstrated that the strain rate from 0.05 to 2 ns~(–1 )affected the Young’s modulus of nickel nanowires slightly,whereas the yield stress increased.The Young’s modulus decreased approximately linearly;however,the yield stress firstly increased and subsequently dropped as the temperature increased.The Young’s modulus and yield stress increased as the mean grain size increased from 2.66 to6.72 nm.Moreover,certain efforts have been made in the microstructure evolution with mechanical properties association under uniaxial tension.Certain phenomena such as the formation of twin structures,which were found in nanowires with larger grain size at higher strain rate and lower temperature,as well as the movement of grain boundaries and dislocation,were detected and discussed in detail.The results demonstrated that the plastic deformation was mainly accommodated by the motion of grain boundaries for smaller grain size.However,for larger grain size,the formations of stacking faults and twins were the main mechanisms of plastic deformation in the polycrystalline nickel nanowire.