類金剛石納米材料是指具有金剛石立方晶體結(jié)構(gòu)的納米材料,類金剛石納米材料具有比表面積大、高強度、耐高溫等不同于宏觀材料的獨特性能,可被用于復(fù)合材料增強增韌中,改善復(fù)合材料的物理和力學(xué)性能。本文應(yīng)用納米力學(xué)方法建立類金剛石納米材料的多尺度分析模型,研究Si、SiO₂納米材料納尺度結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)特性。隨后,將Si、SiO₂納米材料應(yīng)用到水泥復(fù)合材料改性中,通過納米壓痕試驗研究增強增韌機理。主要研究內(nèi)容如下:在Si、SiO₂納米材料微結(jié)構(gòu)特征研究的基礎(chǔ)上,應(yīng)用高階Cauchy-Born準(zhǔn)則計算原子鍵長,應(yīng)用Tersoff-Brenner勢函數(shù)描述原子之間的作用,基于代表單元的能量最小化建立了類金剛石納米材料的多尺度本構(gòu)模型,并編寫了計算程序,系統(tǒng)研究了Si、SiO₂納米材料的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)特性。計算結(jié)果顯示:單晶硅彈性模量隨不同晶向發(fā)生變化,表現(xiàn)出各向異性,然而在[112]和[110]晶向彈性模量非常接近;在平行和垂直（111）晶面方向,單晶硅剪切模量和泊松比均為定值,不隨晶向而改變,且平行（111）晶面方... 

【文章來源】：中原工學(xué)院河南省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于高階Cauchy-Born準(zhǔn)則三維原子結(jié)構(gòu)變形Fig.2.1Deformationofthree-dimensionalstructurebasedonhigh-orderCauchy-Bornrule

中原工學(xué)院碩士學(xué)位論文12圖2.2原子I代表單元Fig.2.2RepresentativecellofatomicI原子I的應(yīng)變能密度定義為：411(,,)()2IBIJIIJVVFGηr(2.17)這里3083/9Ir（r0是初始狀態(tài)下原子間鍵長）為原子I在晶胞中所占有的體積�；趹�(yīng)變能密度，第一類Piola-Kirchhoff應(yīng)力張量P，和與G共軛的高階應(yīng)力張量Q，可計算為：FPGQ(2.18)由式(2.16)可知應(yīng)變能密度可表示為F、G和η的函數(shù)，當(dāng)原子結(jié)構(gòu)平衡時，結(jié)構(gòu)具有最小能量，于是F、G和η可通過能量最小化來確定。引入變量λ，即：111213212223313233111112113122123133211212213222223233311312313322323333123(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,)FFFFFFFFFGGGGGGGGGGGGGGGGGGλ(2.19)當(dāng)系統(tǒng)中的原子結(jié)構(gòu)平衡時，對應(yīng)的能量最校此時有：()0λλ(2.20)將(λ)按泰勒公式展開并保留到二階項可得：(0)=(0)2(0)(0)(0)T(0)1()()+()()()2λλλλλλλλλλλλλλλ≈(2.21)將上式代入等式(2.20)便得平衡方程：fλK(2.22)其中非平衡力矢fλ和剛度矩陣Kλ分別為：

中原工學(xué)院碩士學(xué)位論文15異，因此，有必要研究不同晶面不同晶向的力學(xué)特性。本文主要對單晶硅（110）和（111）晶面的力學(xué)性能做了相關(guān)預(yù)測。圖3.2單晶硅晶體結(jié)構(gòu)Fig.3.2Crystalstructureofsinglecrystalsilicon圖3.3（110）和（111）晶面原子結(jié)構(gòu)空間排列Fig3.3Crosssectionandlateralviewintheparticulardirectionfor(a)Si(110)and(b)Si(111)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]納米SiO2改性超高韌性水泥基復(fù)合材料試驗研究[D]. 高翔.浙江大學(xué) 2016
[2]碳納米管的相關(guān)力學(xué)問題的研究[D]. 王晉寶.大連理工大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于SEM在線納米切削的切削力檢測研究[D]. 劉立芳.天津大學(xué) 2017



本文編號：3135265