二硼化钪硬度及高压下弹性性质的第一性原理研究

用密度泛函理论的局域密度近似和广义梯度近似下赝势平面波,得到了二硼化钪的电子结构、硬度及高压下弹性性质。从电子结构上看,二硼化钪的化学键是具有共价、离子及金属键性质的混合键。得到的弹性常数（Cij）、体弹模量（B）和剪切模量（G）与其它结果进行了比较;并得出德拜温度、线性压缩率及泊松比;用布居数得出硬度。     

超硬材料ReB2弹性常数的第一性原理计算

利用平面波赝势密度泛函理论计算ReB2的基本性质参数,包括晶格常数a和c、内坐标参数u、体弹模量B0、模量对压强的一阶导数B′0以及弹性常数(C11、C12、C13、C33、C44),所得的结果与实验值及其他理论值符合的很好.同时, 我们还研究了相对体积V/V0(其中V0为给定温度和零压下的体积)与压强P和温度T的关系.     

轴承钢淬火后表面硬度偏低现象的讨论

轴承钢油淬后往往发生表面硬度偏低,其原因是因为冷却途中冷速急剧变化引起的,特别是在蒸汽膜期长,特征温度低的油中淬火时更易发生。     

高压下ZrB_2的结构和热力学性质的第一性原理计算

利用平面波赝势密度泛函理论计算了ZrB2的基本参数,包括晶格常数、体弹模量、体弹模量对压强的一阶导数,同时通过准谐德拜模型研究了ZrB2热力学性质,给出了不同压强和不同温度下的热容和德拜温度的计算值,发现热容随着压强增加而减小,德拜温度随压强增加而增加.     

EuX（X=S、Se、Te、O）电子结构及弹性的第一性原理研究

采用基于平面波赝势法的第一性原理方法,对EuX的能带结构、态密度和弹性进行了研究。发现四种化合物在力学性质方面上都是稳定的,其中EuO具有最低的能量,并且EuO具有最小的体积、最大的体弹模量和剪切模量、以及最大的杨氏模量,表明它是一种极难压缩的材料。通过对于它们结构的优化获得它们的能带结构图,从而发现EuO是磁性金属以外,其它三种都是间接带隙的磁性半导体。通过对比发现EuO的性质与其它三种化合物差异比较大;其原因可能是由于EuX之间的键长的差别造成的。随着原子序数的增加,X原子的半径变大,Eu-X的键长增加。四种化合物都具有铁磁性。     

Pu2O3晶体结构、弹性和电子性质的 密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的全势能线性缀加平面波方法(FLAPW),在局域自旋密度近似(LSDA:local spin density approximation)和广义梯度近似(GGA:generalized gradient approximation)及LSDA/GGA+U下,系统研究了强关联5f电子体系Pu_2O_3的晶体结构,弹性参数,电子态密度和电荷密度.优化计算结果表明,LSDA+U的晶格参数a0和c/a与实验值吻合最好,同时也在不同的近似下计算了Pu_2O_3的弹性参数.与此同时,LSDA/GGA+U计算的态密度在费米能级处分别出现约1.8和2.2eV能隙,而LSDA/GGA的计算结果在费米能级处并无能隙,所以对Pu_2O_3的Pu-5f加U能使体系从导体转变为绝缘体,这与实验测定Pu_2O_3是绝缘性很好吻合.此外,电荷密度计算结果表明,与LSDA相比,LSDA+U计算的Pu-O间电荷密度增加且有明显的成键特征.     

氧化钙高压弹性常数的理论计算

用平面波赝势密度泛函方法和准谐德拜模型,计算了面心立方结构氧化钙的弹性性质,得到的平衡晶格参数与实验值和其他理论值符合得较好. 还得到了0～170 GPa压力范围的弹性常数, 弹性模量及弹性各向异性参量, 与Tsuchiya和Kawamura的理论值相符.     

Effects of Gd solutes on hardness and yield strength of Mg alloys

Relative contribution of individual strengthening mechanisms to the yield strength of Mg–0–15 wt%Gd alloys were investigated.Alloys with different grain size were prepared by adding Zr and hot extrusion.Hardness and tensile/compression yield strength were tested on the alloys after solid solution treatment and extrusion.HallPetch constants were calculated with hardness and tensile/compressive data.The results showed that the hardness of Mg–Gd alloys with similar Gd content and different grain size were almost the same,which indicates that grain size had little effect on hardness.The hardness linearly increased with rising Gd content(d H_v/dc≈25 kg mm~(-2)/at%Gd).The tensile and compressive yield strengths enhanced with the increase of Gd content for all alloys in different conditions.In addition,the tensile/compressive(t/c)yield asymmetry of extruded alloys decreased with increasing Gd content.Large t/c yield asymmetry ratio(1.77)was observed for pure Mg,and with increasing Gd content this value decreased to 1.With the increasing of tensile strength,the stress intensity factor,k_y,decreased from 0.27 MPa m~(1/2)for Mg–2 wt%Gd alloy to 0.19 MPa m~(1/2) for Mg–5 wt%Gd alloy,then increased to 0.29 MPa m~(1/2) for Mg–15 wt%Gd alloy.However,k_yincreased linearly form 0.16–0.31 MPa for compression test.The influence of grain size strengthening was eliminated,and the yield strength of tension and compression both linearly increased with c~n,where c is the atom concentration of Gd,and n=1/2 or 2/3.     

高温高压下CL-20的晶格参数和力学性能理论模拟

利用分子动力学结合COMPASS力场方法研究高能含能材料六硝基六氮杂异伍兹烷. 模拟室温下ε晶相CL-20在0~10 GPa压强区间, α晶相、β晶相和晶相CL-20在0~20 GPa压强区间的晶格参数和弹性常数. 同时还模拟了室压下CL-20在100~500 K温度区间的晶格参数和弹性常数. 对于自然状态下最稳定的ε晶相CL-20,我们模拟得到的晶格常数、晶胞体积-压强关系和弹性常数理论结果和实验数据非常吻合. 所以对其它晶相CL-20模拟结果的准确性提供了佐证. 理论预测CL-20在不同温度和压强下的晶格常数和力学性能对于工程应用具有积极的指导意义.     

混合有限元法在弹性接触问题中的应用

讨论了利用Hellinger-Reissner二类变量广义变分原理解决定边界接触问题的混合有限元法,并且给出这种计算方法的数值实例。数值结果表明该方法在定边界弹性接触问题中的应用行之有效。     

第一性原理研究高温高压下TiB2的物理性质

采用第一原理方法计算TiB_2在高温高压下的物理性质.对结构参数、弹性常数、体积模量、能带结构、声子色散、热力学性质等进行了密度泛函理论计算.计算结果与其他实验和理论计算值吻合较好.通过对E-V曲线、声子色散曲线和态密度(DOS)的分析,证明TiB_2是机械稳定的.用B/G和泊松比的两种方法判断TiB_2为脆性材料.在准谐振德拜模型的基础上,计算分析了德拜温度Θ和热膨胀系数对温度和压强的依赖.并从不同压强下定容比热容随温度变化的曲线图中得出,在T=1300 K以后,c_V无限靠近Dulong-Petit极限.通过分析电子态密度,发现TiB_2具有金属性,并且随着压强的增大费米能级处峰值降低,赝能隙变宽,非局域化加大,共价键作用增强,从而也证明了晶体结构的稳定性.     

CeAuGa3的力学性质及磁性的第一性原理计算

本文基于第一性原理计算研究了铈基金属间化合物CeAuGa3的结构性质与力学稳定性,获得了弹性常数、宏观弹性参数（包括体弹模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比）以及声子色散曲线,结果表明I4mm结构不仅力学稳定,且动力学稳定.通过计算铈离子之间的自旋交换相互作用,我们分析了CeAuGa3几种可能的有序自旋态,并发现该材料的基态可能是铁磁结构.位于ab面内的第一近邻和第二近邻的正（铁磁）交换耦合起主导作用,而位于相邻平面的铈离子之间的第三近邻铁磁相互作用则非常微弱.     

T700/QY8911缝合复合材料细观力学模型研究

建立了两种缝合复合材料单层细观力学几何模型。通过考虑缝线引起面内纤维弯曲角度的梯度渐变分布和纤维弯曲区域宽度的范围,以T700/QY8911缝合复合材料为例,用细观力学方法和数值积分方法分别计算了两种模型的弹性常数和拉伸强度。计算及试验结果表明,缝合引起的面内纤维弯曲变形导致了复合材料纵向弹性常数下降;无论增强纤维最大弯曲变形程度为何值,当纤维弯曲区域宽度越小,纤维弯曲区域宽度对纵向弹性模量的影响越大;即缝线引起纤维在针脚附近只有部分纤维发生弯曲变形比纤维全部发生弯曲变形得到的结果更准确。     

Effect of thermo-mechanical treatment on mechanical and elastic properties of Ti–36Nb–5Zr alloy

The evolutions of phase constitutions and mechanical properties of a β-phase Ti–36Nb–5Zr(wt%) alloy during thermo-mechanical treatment were investigated. The alloy consisted of dual(β t α″) phase and exhibited a double yielding phenomenon in solution treated state. After cold rolling and subsequent annealing at 698 K for 20 min, an excellent combination of high strength(833 MPa) and low modulus(46 GPa) was obtained. The high strength can be attributed to high density of dislocations, nanosized α phase and grain refinement. On the other hand, the low Young's modulus originates from the suppression of chemical stabilization of β phase during annealing, which guarantees the low β-phase stability. Furthermore, the single-crystal elastic constants of the annealed Ti–36Nb–5Zr alloy were extracted from polycrystalline alloy using an in-situ synchrotron X-ray technique. The results indicated that the low shear modulus C44 contributes to the low Young's modulus for the Ti–36Nb–5Zr alloy, suggesting that reducing C44 through thermo-mechanical treatment might be an efficient approach to realize low Young's modulus in β-phase Ti alloys. The results achieved in this study could be helpful to elucidate the origin of low modulus and sheds light on developing novel biomedical Ti alloys with both low modulus and high strength.     

Effects of C impurities on the elastic properties of NiAl intermetallics

The atomic configuration and ductility of Ni Al intermetallics affected by C impurity have been studied with a first-principles pseudo-potential method. The calculation results indicate that for the substitutional cases, C prefers to replace Ni other than Al in most of the cases except for the Ni-rich case. As compared with the interstitial cases, the C atom can be more easily occupy the Ni-rich octahedron position in both of the Ni-rich and Al-rich cases. The brittleness will be decreased and the ductility will be increased after the Ni Al intermetallics doped with the impurity C atom.     

无磁性HCP相铁在高压下的弹性性质计算

采用量子力学第一性原理出发的平面波赝势(PWP)方法,电子交换关联能采用广义梯度近似(GGA),在不引入实验参量的条件下,通过对无磁性HCP(广角密堆积)相的铁的总能进行从头计算,得到了无磁性HCP相铁的状态方程、不同压力下(0～500GPa)体系在平衡态时晶格常数c与a的比值以及不同压力下弹性系数、体变模量和声速的值,与实验符合较好,优于其它从头计算法得到的结果.说明了PWP加GGA方法在对无磁性HCP相铁作计算时的有效性.     

过渡金属钨钼碳化物和氮化物的弹性常数计算

利用局域密度泛函理论和LMTO-ASA方法结合线性弹性理论,从第一原理计算了B1结构的WC、MoC、WN和MoN晶体的弹性切变模量C_(11)-C_(12)和C_(44),再由体弹性模量B_o=(C_(11)+2C_(12))/3求得上述四种晶体的弹性常数C_(11),C_(12)和C_(44),由于目前尚无上述四种晶体的弹性常数实验数值,本文的计算结果可作为一种理论预测值。     

Fe_2P弹性常数的理论计算

基于密度泛函理论,运用第一原理腰势平面波方法,计算了六方晶系和正交晶系Fe2P的弹性常数,对两种结构Fe2P的形成焓、电子态密度、晶格参数、体弹性模量、剪切模量和泊松比等进行了预测,除体弹性模量外,计算结果与已有的实验和其他计算结果相符.结果表明:六方晶系的Fe2P比正交晶系的Fe2P稳定,两种结构的Fe2P化合物均表现为延性,正交晶系Fe2P的延性比六方晶系的Fe2P的延性要好.     

二硼化钪硬度及高压下弹性性质的第一性原理研究

用密度泛函理论的局域密度近似和广义梯度近似下赝势平面波,得到了二硼化钪的电子结构、硬度及高压下弹性性质.从电子结构上看,二硼化钪的化学键是具有共价、离子及金属键性质的混合键.得到的弹性常数（Cij）、体弹模量（B）和剪切模量（G）与其它结果进行了比较;并得出德拜温度、线性压缩率及泊松比;用布居数计算得到硬度.     

Cd3As2弹性模量和热力学性质模拟研究

利用第一性原理结合赝势平面波方法研究了立方(空间群:P4232, No.208)和四方(空间群:P42/nmcs, No.137)Cd_3As_2的晶体结构、状态方程、弹性常数.将晶胞能量-体积关系按Birch–Murnaghan状态方程拟合得到体弹模量及其对压强的一阶导数.另外,根据Voigt–Reuss–Hill关系预测了Cd_3As_2晶体的力学性质.最后,通过准谐德拜模型得到Cd_3As_2晶体在不同温度下的热膨胀系数、绝热体弹模量、晶胞体积和等体热容.