拉伸加载下PBX炸药力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了拉伸加载下HMX基PBX界面力学行为的应变率依赖性。模拟结果显示,PBX的拉伸强度和弹性模量随着应变率的增加而增大。HMX-F2311的断裂方式与应变率相关：初始应变主要集中于黏结剂F2311,在低应变率下形成了一条大致垂直于加载方向的主裂纹;随着拉伸应变率的增加,破坏路径将分布在整个模型上;PBX的断裂失效是由于黏结剂F2311的脱粘。在单轴拉伸加载过程中,HMX-F2311的势能随拉伸应变率的增加而迅速增大,尤其在高应变率拉伸加载下,范德华力相互作用对势能的演变起到了决定性作用。分子动力学模拟揭示了应变率对HMX-F2311界面微观结构、力学行为和断裂损伤机制的影响,对PBX的设计、制备和安全使用具有重要意义。

     

纳米单晶铜薄膜中孔洞拉伸变形的分子动力学模拟

固体的断裂过程贯通宏、细、微观多个层次尺度，涉及固体力学、材料科学与物理学等领域。细观破坏过程的4种基本构元(孔洞、微裂纹、界面失效、变形局部化等)的起源和演化描述必须在微(纳)观尺度才能完全阐明。从原子尺度运用分子动力学技术模拟纳米单晶铜薄膜中孔洞在拉伸作用下的力学行为和动态断裂过程。     

碳纳米管从硅基板上剥离的拉伸分子动力学模拟研究

采用拉伸分子动力学方法研究了单壁碳纳米管(8, 8)在室温下从硅基板上被剥离的过程.当碳纳米管(CNT)在硅基底上被剥离时, 剥离距离和理想弹簧所测平均剥离力之间呈现一定规律的关系曲线,并出现了较大的正、负峰值. 比较了不同剥离速度下的平均剥离力,并拟合了其峰值与速度的关系. 拉伸分子动力学模拟结果显示,所需剥离力的最大值与速度之间呈现一定的线性关系, 模拟结果同生物物理学上类似的剥离实验结果符合较好,但相比于高分子, CNT和硅(Si)组成的界面吸附性能更强.讨论了碳纳米管长度、 半径及缺陷对剥离过程的影响,研究表明:所需最大的剥离力与CNT的长度无关, 但随CNT半径的增加,需要的最大剥离力线性增加; 5-7-7-5缺陷对剥离力最大值影响较小,而半径变化缺陷会削减最大剥离力. 在原子尺度对未来的试验进行了理论预测,为碳纳米管在硅微电子工业中的应用提供了理论基础.     

多晶石墨烯拉伸断裂行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了不同晶界对石墨烯拉伸力学特性及断裂行为的影响. 定义了表征晶界能量特性的新参量缺陷能, 并以此为基础分析了晶界结构的能量特性. 探讨了晶界对弹性模量和强度极限等的影响以及强度对晶界能量特性的依赖关系. 结果表明: 晶界能量特性可以间接反映晶界强度; 同时, 晶界中缺陷会使实际承载碳键数量小于名义承载碳键数, 从而在较大范围内影响弹性模量. 分析了不同晶界的断裂过程, 发现了裂纹扩展方向的强度依赖性: 低强度晶界主要是以碳键直接断裂为主要方式的沿晶断裂, 而高强度晶界通常是碳键直接断裂和Stone-Wales翻转过程交替进行下的穿晶断裂. 研究结果可为石墨烯器件的设计制造提供理论指导.     

铜-铝扩散焊及拉伸的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了铜-铝扩散焊过程,分析了理想平面铜-铝试件(001)晶面间扩散焊的过渡层厚度,并利用径向分布、键对分析方法分析了在不同的降温速率下过渡层的结构变化.降温速率大时,过渡层保持原有无序结构,降温速率小时,过渡层从无序结构向面心立方结构转变.还对扩散焊后的铜-铝试件进行了拉伸模拟,并与尺寸大小相近的单晶铜和单晶铝的拉伸模拟结果进行比较.结果发现焊接后的强度比单晶铝和单晶铜的强度都要小,最大应变值也小.     

纳米多晶铜的超塑性变形机理的分子动力学探讨

在聚能装药爆炸压缩形成射流的过程中, 伴随着金属药型罩的晶粒细化, 从原始晶粒30-80 μm细化到亚微米甚至纳米量级, 从微观层面研究其细化机理和动态超塑性变形机理具有很重要的科学意义. 采用分子动力学方法模拟了不同晶粒尺寸下纳米多晶铜的单轴拉伸变形行为, 得到了不同晶粒尺寸下的应力-应变曲线, 同时计算了各应力-应变曲线所对应的平均流变应力. 研究发现平均流变应力最大值出现在晶粒尺寸为14.85 nm时. 通过原子构型显示, 给出了典型的位错运动过程和晶界运动过程, 并分析了在不同晶粒尺寸下纳米多晶铜的塑性变形机理. 研究表明: 当晶粒尺寸大于14.85 nm时, 纳米多晶铜的变形机理以位错运动为主; 当晶粒尺寸小于14.85 nm时, 变形机理以晶界运动为主, 变形机理的改变是纳米多晶铜出现软化现象即反常Hall-Petch关系的根本原因. 通过计算结果分析, 建立了晶粒合并和晶界转动相结合的理想变形机理模型, 为研究射流大变形现象提供微观变形机理参考.     

多晶银纳米线拉伸变形的分子动力学模拟研究

纳米尺度金属Ag以其独特的导电和导热性,广泛应用于微电子、光电子学、催化等领域,特别是在纳米微电极和纳米器件方面的应用.本文采用分子动力学方法模拟了不同晶粒尺寸下多晶银纳米线的拉伸变形行为,详细分析了晶粒尺寸对多晶银纳米线弹性模量、屈服强度、塑性变形机理的影响.发现当晶粒尺寸小于13.49 nm时,多晶Ag纳米线呈现软化现象,出现反Hall-Petch关系,此时的塑性变形机理主要以晶界滑移、晶粒转动为主,变形后期形成五重孪晶;当晶粒尺寸大于13.49 nm时,塑性变形以位错滑移为主,变形后期产生大量的孪晶组织.     

MgSiO3状态方程的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,研究了高温高压下钙钛矿结构MgSiO_3的状态方程。研究表明,分子动力学模拟结果精确地再现了广泛温度和压强范围内MgSiO_3的摩尔体积。在300 K压强上升到140 GPa模拟的MgSiO_3状态方程和有效的实验值、他人的拟合值以及基于局域密度近似的第一原理计算结果基本一致。并且更高温度和更高压强下模拟的MgSiO_3状态方程和他人的计算值吻合的很好。另外,还分别计算了300、900、2000和3000 K压强上升到120 GPa时MgSiO_3的体积压缩率。     

AlCrFeCuNi高熵合金力学性能的分子动力学模拟

高熵合金具有传统合金无法比拟的高强度、高硬度和高耐磨耐腐蚀性,具有广阔的应用前景。为研究AlCrFeCuNi高熵合金(High entropy alloy,HEA)在轴向载荷作用下的力学性能,采用分子动力学方法,模拟高熵合金的实验制备过程并建立原子模型,研究温度和Al的含量对AlCrFeCuNi高熵合金力学性能的影响,从材料学角度分析了变形过程及其具有高塑性的原因。模拟结果表明,AlCrFeCuNi高熵合金在拉伸载荷作用下依次经历弹性、屈服、塑性3个变形阶段。在屈服阶段,开始出现孪晶和层错,孪晶和层错的产生和生长是合金产生不均匀塑性变形的主要原因之一。高熵合金的杨氏模量和屈服应力随着Al含量的增加近似线性降低,同时具有很强的温度效应,温度越低,Al含量越小,其杨氏模量和屈服应力的下降幅度越大。     

外力诱导吸附高分子单链的拉伸分子动力学研究

采用拉伸分子动力学方法研究聚乙烯单链在真空中从一个强吸附表面被拉伸的动力学过程. 当聚乙烯单链从中间1/3处被拉伸时,通过理想弹簧可测量其平均力〈f〉,发现在拉力与拉伸距离的曲线上出现了两个平台,这与实验结果非常一致,同时研究了在这个过程中链的形状变化情况,发现形状变化经历了四个阶段. 当聚乙烯单链的一端与吸附表面成一定倾斜角拉伸时,发现通过理想弹簧测量到的平均吸附力〈f〉与倾斜角θ在θ>20°的范围里总保持线性关系,并且其斜率随着拉伸速度的增加而增关键词：拉伸分子动力学聚乙烯链吸附现象     

界面旋转角对双晶镁力学性质影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,研究了在拉伸载荷下晶界对双晶镁变形机制的影响,对不同旋转角度的模型以及对称与非对称结构的模型进行了研究.模拟结果表明:应变加载方向与晶向所成角度对双晶镁塑形变形阶段的流动应力能够产生明显的影响;对称结构的双晶镁模型的塑性性质明显优于非对称结构模型.研究结果还发现,由于晶界区域不同的位错成核及发射等运动,大角度双晶模型的塑性响应明显优于对应小角度模型的塑性响应.     

Coexistence and interfacial properties of triangle-well fluids

Coexistence and interfacial properties of triangle-well fluids are determined by combining the slab technique and the replica exchange algorithm for different interaction ranges (λ = 1.5, 1.75, 2.0, 2.5, and 3). This is implemented using both Monte Carlo and molecular dynamics methods. We make use of a recently proposed substitution of the hard-core repulsion by a linear function with a large negative slope. This makes possible to gain access through the virial route to thermodynamical properties and to employ widely spread packages such as Gromacs. Coexistence curves of these systems were calculated with both implementations and compared to those previously reported in the literature. A good agreement was found among them. Surface tension data obtained from Monte Carlo and molecular dynamics techniques also show a good agreement.     

(n,n)-(2n, 0)碳纳米管异质结的扭转力学特性

相近直径的锯齿型和扶手椅型碳纳米管可以共轴组合形成5-7碳环交替出现的柱形对称异质结. 本文利用分子动力学方法研究了直径相近且等长锯齿型和扶手椅型碳纳米管形成的(n, n)-(2n, 0)结在扭转过程中的扭矩和轴向应力随扭转角度的变化规律以及应力传递过程. 研究发现, (n, n)-(2n, 0)结扭转应变在达弹性限度内不会产生轴向应力, 该效应对基于碳纳米管扭转特性的纳米振荡器件的设计具有重要意义.     

利用分子动力学方法铁素体-渗碳体相界面效应探究

珠光体是十分重要的组织结构,因此本文构建了含铁素体-渗碳体相界面的模型,并采用分子动力学模拟方法模拟纳米压入的过程。通过对模拟结果的力学性能和组织结构分析,探究了铁素体-渗碳体相界面效应。研究发现,距铁素体-渗碳体晶界不同距离（位置压入）,在压入最初阶段,压头载荷随着压头与晶界距离的增大而增大,当压入深度达到一定深度后,载荷随着距离的增大而减小。杨氏模量和最大剪切模量受压头尖端下方原子结构的直接影响,硬度受到结构完整性和类型的共同影响。铁素体-渗碳体相界面影响了纳米压入过程中位错形核、增殖和扩展,宏观表现为在相同压入深度下,不同压入位置压头载荷的差异。