本文關(guān)鍵詞：基于分子動(dòng)力學(xué)的單晶銅納米線力學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 孔洞缺陷 分子動(dòng)力學(xué) 納米線 單晶銅 力學(xué)性能 塑性模量

【摘要】：隨著微納機(jī)電系統(tǒng)(MEMS/NEMS)應(yīng)用前景日益明朗,作為制造微納機(jī)電器件基本元件的納米線力學(xué)性能的研究受到了廣泛關(guān)注�；诜肿觿�(dòng)力學(xué)模擬方法,研究孔洞缺陷納米線力學(xué)性能是進(jìn)行納米線力學(xué)性能研究的重要方向,但是目前存在外部條件、孔洞缺陷結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)性能指標(biāo)研究不充分以及作為有益因素而被人為設(shè)計(jì)到納米線中的孔洞研究缺乏的問題�；诜肿觿�(dòng)力學(xué)模擬方法,采用單晶銅納米線作為研究對(duì)象,研究在不同溫度和應(yīng)變率下包含孔洞缺陷結(jié)構(gòu)類型、孔洞缺陷結(jié)構(gòu)位置和模型結(jié)構(gòu)類型的孔洞缺陷結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)納米線力學(xué)性能的影響規(guī)律,最后確定含孔洞的納米線最優(yōu)的孔洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和外部條件。首先,研究了溫度和應(yīng)變率對(duì)理想單晶銅納米線力學(xué)性能指標(biāo)的影響。構(gòu)建了分子動(dòng)力學(xué)仿真環(huán)境,在LAMMPS基本指令基礎(chǔ)上,編寫了理想單晶銅納米線三維幾何模型、弛豫過程和拉伸變形過程運(yùn)行代碼。在合理確定仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)基礎(chǔ)上,進(jìn)行了單軸拉伸分子動(dòng)力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn),觀察到了應(yīng)力應(yīng)變曲線上在第一峰值點(diǎn)之后到第一下屈服點(diǎn)之間的一段曲線呈現(xiàn)線性函數(shù)關(guān)系的現(xiàn)象,與彈性狀態(tài)呈現(xiàn)異性,計(jì)算出此曲線段的斜率,并定義為塑性模量;分析了兩個(gè)外部因素(即應(yīng)變率和溫度)對(duì)理想單晶納銅米線塑性模量等力學(xué)性能指標(biāo)的影響。其次,研究了原始孔洞缺陷結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)單晶銅納米線力學(xué)性能指標(biāo)的影響。建立了包含三個(gè)原始孔洞缺陷結(jié)構(gòu)參數(shù)(即孔洞缺陷結(jié)構(gòu)類型、孔洞缺陷結(jié)構(gòu)位置和模型結(jié)構(gòu)類型)的孔洞缺陷單晶銅納米線仿真模型,考慮了溫度和應(yīng)變率,研究了在不同溫度和應(yīng)變率下原始孔洞缺陷結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)納米線力學(xué)性能指標(biāo)的影響,為孔洞缺陷納米線力學(xué)性能的理解提供技術(shù)指導(dǎo)。最后,研究了納米線力學(xué)性能指標(biāo)最優(yōu)情況下孔洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和外部條件的設(shè)定。建立了包含三個(gè)原始孔洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)(即孔洞類型、孔洞位置和模型結(jié)構(gòu)類型)的孔洞單晶銅納米線分子動(dòng)力學(xué)仿真模型,考慮了兩個(gè)外部因素(即溫度和應(yīng)變率),進(jìn)行了單軸拉伸分子動(dòng)力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)。通過使用混合正交實(shí)驗(yàn)法,考慮了元素間的交互作用,確定了在塑性模量等力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到最佳時(shí)所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式(即孔洞結(jié)構(gòu)類型、孔洞結(jié)構(gòu)位置和模型結(jié)構(gòu)類型)和外部條件(即溫度和應(yīng)變率),為納米線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供技術(shù)指導(dǎo)。通過研究,塑性模量與應(yīng)變率表現(xiàn)為對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系,而它與溫度表現(xiàn)為二次函數(shù)關(guān)系;納米線塑性模量值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)設(shè)定值是應(yīng)變率2.5×108s-1,溫度為0.1k,孔洞結(jié)構(gòu)類型為球體,模型結(jié)構(gòu)類型為圓柱體,孔洞結(jié)構(gòu)位置在表面。本文的研究成果對(duì)孔洞納米線力學(xué)性能的理解提供了一定的理論指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：孔洞缺陷 分子動(dòng)力學(xué) 納米線 單晶銅 力學(xué)性能 塑性模量
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TG146.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 課題研究的背景和意義11-13
• 1.2 本課題的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展13-20
• 1.2.1 納米線力學(xué)性能原位實(shí)驗(yàn)的研究進(jìn)展13-14
• 1.2.2 納米線力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究進(jìn)展14-20
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線20-24
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.3.2 研究方法與技術(shù)路線22-24
• 第2章 分子動(dòng)力學(xué)仿真環(huán)境搭建24-36
• 2.1 引言24
• 2.2 搭建分子動(dòng)力學(xué)并行計(jì)算平臺(tái)24-26
• 2.2.1 仿真硬件環(huán)境24
• 2.2.2 仿真軟件環(huán)境24-26
• 2.3 代碼編寫及數(shù)據(jù)處理26-35
• 2.3.1 仿真方法確定26-29
• 2.3.2 代碼編寫29-33
• 2.3.3 數(shù)據(jù)處理33-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第3章 應(yīng)變率和溫度對(duì)理想單晶銅納米線力學(xué)性能指標(biāo)的影響36-61
• 3.1 理想單晶銅納米線分子動(dòng)力學(xué)仿真三維模型36-37
• 3.2 分子動(dòng)力學(xué)仿真條件37-41
• 3.2.1 初始條件37-40
• 3.2.2 物理量單位40
• 3.2.3 嵌入原子勢(shì)函數(shù)40-41
• 3.3 仿真結(jié)果分析41-60
• 3.3.1 應(yīng)變率效應(yīng)41-47
• 3.3.2 溫度效應(yīng)47-51
• 3.3.3 塑性模量51-56
• 3.3.4 曲線波動(dòng)效應(yīng)56-60
• 3.4 本章小結(jié)60-61
• 第4章 原始孔洞缺陷結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)單晶銅納米線力學(xué)性能指標(biāo)的影響61-80
• 4.1 孔洞缺陷單晶銅納米線分子動(dòng)力學(xué)仿真三維模型61-63
• 4.2 仿真結(jié)果分析63-79
• 4.2.1 孔洞效應(yīng)對(duì)單軸拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響63-66
• 4.2.2 孔洞缺陷結(jié)構(gòu)類型對(duì)單軸拉伸力學(xué)性能的影響66-70
• 4.2.3 孔洞缺陷結(jié)構(gòu)位置對(duì)單軸拉伸力學(xué)性能的影響70-75
• 4.2.4 模型結(jié)構(gòu)類型對(duì)單軸拉伸力學(xué)性能的影響75-79
• 4.3 本章小結(jié)79-80
• 第5章 納米線力學(xué)性能指標(biāo)最優(yōu)時(shí)孔洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和外部條件設(shè)定80-97
• 5.1 在不同應(yīng)變率下孔洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及交互作用對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)影響80-88
• 5.1.1 楊氏模量和塑性模量81-83
• 5.1.2 屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度83-88
• 5.2 在不同溫度下孔洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及交互作用對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)影響88-94
• 5.2.1 楊氏模量和塑性模量88-91
• 5.2.2 屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度91-94
• 5.3 確定最優(yōu)的孔洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和外部條件94-96
• 5.4 本章小結(jié)96-97
• 結(jié)論97-100
• 參考文獻(xiàn)100-106
• 附錄106-113
• 附錄1 LAMMPS輸入腳本in代碼106-108
• 附錄2 指定原子屬性可視化TCL代碼108-113
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文113-114
• 致謝114-115

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