手性石墨烯薄膜拉伸力学性能分子动力学研究

基于分子动力学方法,用Tersoff势函数描述碳原子性质,研究了手性取向对石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响。通过构建不同手性的石墨烯薄膜模型,在周期性边界条件下采用NVT系综,以变形方式分别对不同手性的石墨烯薄膜施加均匀应变,模拟了拉伸变形条件下手性石墨烯薄膜的破坏过程,得到了相应的应力-应变关系以及拉伸破坏形态。结果表明,不同的手性取向对石墨烯薄膜的杨氏模量影响不明显,拉伸强度随着手性角度的增大先迅速减小再逐渐增大,其拉伸极限应变随着手性角度的增大整体呈减小趋势。     

基于第一原理计算拟合Ag、Si和C原子间作用势的研究

为了实现Ag在SiC晶体中扩散的分子动力学模拟,根据第一性原理计算结果,采用"力匹配"方法对Ag、Si和C原子间相互作用势进行拟合,并用晶格常数、内聚能、体弹性模量、弹性常数和缺陷形成能等进行了势函数的验证.结果表明,拟合所得的势对Si、C和SiC晶体的内聚能、晶格常数和体弹性模量的计算非常准确,最大误差不超过0.6%;并且,该势对Si和C晶体中空位与间隙形成能及SiC晶体中Si与C空位形成能的计算值比采用J.Tersoff给出的势的计算值更精确;此外,该势对16种AgSiC三原子体系缺陷形成能的计算也比较精确.     

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.     

石墨烯声子谱研究

石墨烯的成功制备是纳米材料研究的重大进展。人们发现其具有很高的热导率,从而为解决计算机芯片散热问题提供了一条可能的方案。文章主要应用动力学矩阵的方法,计算了Tersoff势下石墨烯的声子谱,并探讨了该势在研究石墨烯热学性质方面的合理性。通过与实验数据的比较,我们发现,使用Tersoff势得到的声子谱在高对称点处的能量误差最大可以达到70%。因此,Tersoff势不适合于对石墨烯的热学性质进行定量的研究。     

硅功能化石墨烯负极材料的最优化初始构形

硅功能化石墨烯作为锂离子电池的阴极材料,其最优化的初始构形会提高电池的可逆容量、充放电速率和使用寿命.文中应用分子动力学方法,采用Tersoff势函数与LJ势函数,结合速度形式的Verlet算法,对硅功能化石墨烯进行了弛豫和拉伸等力学性能模拟,提出了材料最优化的构形.通过对不同硅原子分布、不同硅碳比、不同空位缺陷率、不同拉伸速度和不同温度对材料的体积、势能、弹性模量、拉伸应变、强度等性能的影响进行了模拟.研究表明,硅原子随机分布时的系统势能最大,体积变化介于横向分布和交叉分布之间,模型的力学性能参数也最高;硅原子数目越多,模型表面褶皱越明显,系统的势能越低,体积也越大;当硅碳比为3.28%时,力学性能参数最大;空位缺陷率越大,模型系统势能越高,体积越大;当缺陷率为1%时,材料的力学性能参数最高;力学性能参数随着拉伸速率和拉伸温度的变大而减小;当速率为0.5 nm·s~(-1),温度为300 K时,材料的力学性能最好.     

含中心裂纹石墨烯拉伸性能的分子动力学模拟

基于分子动力学方法,采用Tersoff势函数,研究了含中心裂纹扶手椅型单层石墨烯薄膜的破坏过程.得到了相应的应力-应变曲线及破坏形态,分析了裂纹尺寸、应变率以及温度变化对含中心裂纹石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响.研究结果表明:随着裂纹尺寸的增大及温度的升高,石墨烯薄膜的破坏强度和破坏应变均减小,裂纹开始扩展时对应的应力减小;随着应变率增大,石墨烯薄膜的破坏强度和破坏应变均增加,裂纹的起裂应力及扩展过程中的平均速度均增加;薄膜的破坏均是从中心裂纹附近开始,随着裂纹尺寸、应变率及温度的变化,石墨烯薄膜表现出不同的破坏机制;较高应变率作用下,薄膜中心和边缘处均出现C—C键断裂.     

离子晶体中两种排斥势函数的比较研究

从简单的热力学关系出发,由两种势函数分别导出两个等温状态方程,应用于NaCl-型结构碱卤离子晶体,并结合实验数据对两个排斥势函数作了比较研究。     

高温液态SiC的微观结构特征

碳化硅作为第三代宽禁带半导体材料,具有高热导率、耐高温性、高发光率、大禁带宽度、抗辐射能力强和化学性质稳定等特性,在航天、电子通讯以及光学等多个领域起着至关重要的作用。实验上很难直接观测高温液态下的Si C中的微观结构,采用分子动力学模拟方法是研究高温液态微观结构的有效方法。本文基于Tersoff势函数,采用分子动力学模拟方法研究了高温液态Si C的等温过程,采用径向分布函数、配位数、H-A键型指数法和可视化方法分析了Si C等温过程中微观结构的特征。分析结果揭示了高温液态Si C的配位数主要有2、3、4、5,其常见的键型指数类型有6种,模拟系统形成了由不同大小团簇相互连接在一起构成的网络状结构。这些模拟结果对深入理解高温液态碳化硅结构特征,探索微观结构与宏观性能的关系具有重要意义。     

以超对称量子力学求解薛定鄂方程的几例

超对称量子力学求解薛定方程的关键是求解黎卡微分方程，由黎卡提方程求解的讨论,系统地得出了方程的数种可解情况，各可解情况对应着不同的超对称势函数，讨论了此数种超对称势函数对应的不同种类的一维势能函数。     

超对称量子力学和具有严格Isospectral性质的势函数家族

本文用另一种方法,讨论了一个有几个束缚态的势函数V(x),在超对称变换下如何构造成具有n个参数的势函数家族,其成员有严格的Isospectral性质,即有完全相同的本征值谱,完全相同的反射和透射振幅。我们同时也指出了这势函数家族与KdV方程和另一些非线性方程的Soliton解之间的联系。     

有旋流动的赝势函数及其对超跨声速流动的应用

本文应用缩项法对叶轮机S_1与S_2流面上熵及转焓都不均匀的有旋流动引入一新通用函数——赝势函数,它保持了势函数的优点,但却完全解除了均熵无旋的限制。特别是对于含激波的超跨声速流动的求解,赝势函数提供了一种新的物理上完全相容,数值解简便的有力工具。     

金刚石导热系数的各向同性分子动力学模拟

针对描述金刚石原子间作用力的Tersoff作用势,建立了对应的各向同性非平衡态分子动力学外加力场模型,并采用这种模型模拟了金刚石的导热系数.模拟结果显示:在施加外加扰动力场后,沿力场方向的热流迅速增大并收敛;外加力场越大,相应力场作用下的导热系数的模拟结果越小,金刚石导热系数与外加力场大小呈二次衰减指数关系.与平衡态分子动力学模拟相比,各向同性非平衡分子动力学方法可节省计算机模拟时间约80%;而且对于三维结构,2种方法的模拟结果较为一致,但2种模拟结果均小于实验值,这主要是由描述原子间作用力的Tersoff作用势的非谐性所致.     

β-SiC陶瓷材料增韧机制的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟了纳晶β-SiC材料在不同晶粒尺寸和应变率下的力学行为以及β-SiC纳米多层复合结构的增韧特性.模拟中分别采用Nosé-Hoover方法和Berendsen方法控制温度和压力,采用Tersoff多体原子势函数描述β-SiC中碳、硅原子间的相互作用.结果表明:在低应变率条件下,小晶粒的纳晶β-SiC的主要破坏方式为晶粒破裂成非晶团簇,非晶团簇和晶界的相互作用提高了纳晶的延展性;而大晶粒的纳晶β-SiC以晶界断裂为主,表现为脆性破坏.在高应变率条件下,不同晶粒尺寸的纳晶β-SiC均能表现出延展性.对于非晶夹层复合结构,厚度较小的纳米非晶层能有效地提高复合结构的屈服应变,并出现类似于塑性流动的性质,有利于增强材料的韧性.     

一类多重障碍散射问题的数值算法

针对多个散射体的障碍散射问题提出一种新的数值算法.该算法利用单层位势函数和双层位势函数的线性组合近似散射场的性态,无需截断与剖分区域,应用过程简单,收敛速度快.数值算例表明了算法的有效性.     

解约束凸规划问题的改进势函数下降算法

介绍了一种利用改进的势函数下降内点算法来求解带线性约束的凸规划问题,在不能保证Hessian矩阵半正定的迭代中,用势函数的投影下降方向代替原势下降内点算法的搜索方向,最后给出一组算例。     

利用世界空间几何学信息的关节式机器人路径规划

针对关节式机器人提出了一种直接利用机器人世界空间几何学信息的有效的路径规划算法。该算法使用机器人周围的局部世界空间信息建立势函数，基于势函数的导数规划机器人路径。而且，针对常见的旋转关节机器人，分析了路径规划过程中的停留状态，提出了一种有效的消除势函数局部最小值的启发式方法。该算法避免了构形空间显式描述的复杂计算，在一般情况下，即使针对多自由度机器人，也能很快获得无冲突路径。最后，计算机仿真结果验证了该算法的有效性。     

有机金属化合物中二次,三次力常数的计算

利用精确势函数函数及离子－偶极子俘获力场势函数法,分别在已知有机金属化合物电子转移波长及离解能和有机配体极化率、偶极主其在重组态位矢的条件下,对该化合物二次、三次力进行了计算,并对两种计算方法进行了比较。     

具有势函数的高阶非线性Schr(o)dinger方程的解

研究了一个带有与时间t有关的势函数的高阶Schrdinger方程初值问题的解的存在性,唯一性与正则性,给出了能使方程有古典解的势函数的充分条件.在第一种假设下用压缩不动点原理给出了解的局部存在性,再利用能量守恒律得到了解的整体存在性.在第二种假设下用磨光函数得到了解的存在性.     

具有势函数的高阶非线性Schr dinger方程的解

研究了一个带有与时间t有关的势函数的高阶Schrd dinger方程初值问题的解的存在性,唯一性与正则性,给出了能使方程有古典解的势函数的充分条件。在第一种假设下用压缩不动点原理给出了解的局部存在性, 再利用能量守恒律得到了解的整体存在性。在第二种假设下用磨光函数得到了解的存在性。