本文關鍵詞：基于分子動力學的單晶銅納米線力學性能研究

  更多相關文章： 孔洞缺陷 分子動力學 納米線 單晶銅 力學性能 塑性模量

【摘要】：隨著微納機電系統(tǒng)(MEMS/NEMS)應用前景日益明朗,作為制造微納機電器件基本元件的納米線力學性能的研究受到了廣泛關注。基于分子動力學模擬方法,研究孔洞缺陷納米線力學性能是進行納米線力學性能研究的重要方向,但是目前存在外部條件、孔洞缺陷結構參數(shù)和力學性能指標研究不充分以及作為有益因素而被人為設計到納米線中的孔洞研究缺乏的問題。基于分子動力學模擬方法,采用單晶銅納米線作為研究對象,研究在不同溫度和應變率下包含孔洞缺陷結構類型、孔洞缺陷結構位置和模型結構類型的孔洞缺陷結構參數(shù)對納米線力學性能的影響規(guī)律,最后確定含孔洞的納米線最優(yōu)的孔洞結構設計參數(shù)和外部條件。首先,研究了溫度和應變率對理想單晶銅納米線力學性能指標的影響。構建了分子動力學仿真環(huán)境,在LAMMPS基本指令基礎上,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行代碼。在合理確定仿真實驗參數(shù)基礎上,進行了單軸拉伸分子動力學仿真實驗,觀察到了應力應變曲線上在第一峰值點之后到第一下屈服點之間的一段曲線呈現(xiàn)線性函數(shù)關系的現(xiàn)象,與彈性狀態(tài)呈現(xiàn)異性,計算出此曲線段的斜率,并定義為塑性模量;分析了兩個外部因素(即應變率和溫度)對理想單晶納銅米線塑性模量等力學性能指標的影響。其次,研究了原始孔洞缺陷結構參數(shù)對單晶銅納米線力學性能指標的影響。建立了包含三個原始孔洞缺陷結構參數(shù)(即孔洞缺陷結構類型、孔洞缺陷結構位置和模型結構類型)的孔洞缺陷單晶銅納米線仿真模型,考慮了溫度和應變率,研究了在不同溫度和應變率下原始孔洞缺陷結構參數(shù)對納米線力學性能指標的影響,為孔洞缺陷納米線力學性能的理解提供技術指導。最后,研究了納米線力學性能指標最優(yōu)情況下孔洞結構設計參數(shù)和外部條件的設定。建立了包含三個原始孔洞結構設計參數(shù)(即孔洞類型、孔洞位置和模型結構類型)的孔洞單晶銅納米線分子動力學仿真模型,考慮了兩個外部因素(即溫度和應變率),進行了單軸拉伸分子動力學仿真實驗。通過使用混合正交實驗法,考慮了元素間的交互作用,確定了在塑性模量等力學性能指標達到最佳時所對應的內(nèi)部結構形式(即孔洞結構類型、孔洞結構位置和模型結構類型)和外部條件(即溫度和應變率),為納米線結構設計提供技術指導。通過研究,塑性模量與應變率表現(xiàn)為對數(shù)函數(shù)關系,而它與溫度表現(xiàn)為二次函數(shù)關系;納米線塑性模量值最大時所對應的最優(yōu)設定值是應變率2.5×108s-1,溫度為0.1k,孔洞結構類型為球體,模型結構類型為圓柱體,孔洞結構位置在表面。本文的研究成果對孔洞納米線力學性能的理解提供了一定的理論指導。
【關鍵詞】：孔洞缺陷 分子動力學 納米線 單晶銅 力學性能 塑性模量
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 本課題的國內(nèi)外研究進展13-20
• 1.2.1 納米線力學性能原位實驗的研究進展13-14
• 1.2.2 納米線力學性能的分子動力學模擬研究進展14-20
• 1.3 研究內(nèi)容及技術路線20-24
• 1.3.1 研究內(nèi)容21-22
• 1.3.2 研究方法與技術路線22-24
• 第2章 分子動力學仿真環(huán)境搭建24-36
• 2.1 引言24
• 2.2 搭建分子動力學并行計算平臺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35-36
• 第3章 應變率和溫度對理想單晶銅納米線力學性能指標的影響36-61
• 3.1 理想單晶銅納米線分子動力學仿真三維模型36-37
• 3.2 分子動力學仿真條件37-41
• 3.2.1 初始條件37-40
• 3.2.2 物理量單位40
• 3.2.3 嵌入原子勢函數(shù)40-41
• 3.3 仿真結果分析41-60
• 3.3.1 應變率效應41-47
• 3.3.2 溫度效應47-51
• 3.3.3 塑性模量51-56
• 3.3.4 曲線波動效應56-60
• 3.4 本章小結60-61
• 第4章 原始孔洞缺陷結構參數(shù)對單晶銅納米線力學性能指標的影響61-80
• 4.1 孔洞缺陷單晶銅納米線分子動力學仿真三維模型61-63
• 4.2 仿真結果分析63-79
• 4.2.1 孔洞效應對單軸拉伸應力應變曲線的影響63-66
• 4.2.2 孔洞缺陷結構類型對單軸拉伸力學性能的影響66-70
• 4.2.3 孔洞缺陷結構位置對單軸拉伸力學性能的影響70-75
• 4.2.4 模型結構類型對單軸拉伸力學性能的影響75-79
• 4.3 本章小結79-80
• 第5章 納米線力學性能指標最優(yōu)時孔洞結構設計參數(shù)和外部條件設定80-97
• 5.1 在不同應變率下孔洞結構設計參數(shù)及交互作用對實驗指標影響80-88
• 5.1.1 楊氏模量和塑性模量81-83
• 5.1.2 屈服強度和抗拉強度83-88
• 5.2 在不同溫度下孔洞結構設計參數(shù)及交互作用對實驗指標影響88-94
• 5.2.1 楊氏模量和塑性模量88-91
• 5.2.2 屈服強度和抗拉強度91-94
• 5.3 確定最優(yōu)的孔洞結構設計參數(shù)和外部條件94-96
• 5.4 本章小結96-97
• 結論97-100
• 參考文獻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
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文113-114
• 致謝114-115

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本文編號：920259