基于分子动力学的纳米压痕形变过程模拟

采用分子动力学方法模拟了金刚石压头压入Fe基体的纳米压痕全过程．研究了加载和卸载时基体的原子组态、载荷一位移曲线以及位错的发射和变化．分析了基体的塑性形变机理．发现压人深度为0．69nm时出现位错．随压入深度的增加位错长大成环,基体塑性形变加剧．卸载过程中位错环不断减小,当压头恢复到起始位置后,基体中心残留有位错环,产生了永久塑性形变,位错环的存在是基体产生永久塑性形变的关键因素．     

压痕诱发GaAs单晶中的位错组态

利用透射电子显微镜对压痕诱发GaAs中的位错组态进行了研究.结果表明,压痕周围产生了玫瑰型不对称的位错组态和二次对称分布的孪晶结构.这种位错组态是由晶体中六个滑移面上的形核、运动及相互作用而成.它们与材料中不同运动速度的α、β位错密切相关.     

石墨烯纳米压痕实验的分子动力学模拟

我们基于分子动力学(Molecular Dynamics), 建立了石墨烯纳米压痕实验的数值模型, 以模拟压痕实验过程, 得到典型实验过程的力-位移曲线, 并进而讨论压头下压速度, 压头半径以及边界条件等因素对实验结果的影响. 论文测得石墨烯弹性模量为1 TPa, 强度为240 GPa. 加载过程中, 压头加载到临界压入深度hc时, 石墨烯试件在压头处撕裂破坏. 给定最大压入深度, 对石墨烯进行加载—卸载—再加载试验, 发现当最大压入深度h_max小于h_c时, 石墨烯发生的是完全弹性变形; 当最大压入深度h_max大于h_c时, 卸载和再加载过程中石墨烯能基本恢复原貌, 但仍有少数C—C键较长而无法恢复, 成为石墨烯再加载时的破坏起点, 石墨烯的破坏力和位移都显著下降. 另外, 还发现大于0.05 nm/ps的压头速度和压头半径对石墨烯临界压入深度和破坏力都有显著影响.     

单晶硅纳米级压痕过程分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅纳米级压痕过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级压痕过程的瞬间原子位置、作用力和势能等变化,解释了压痕过程.研究表明:磨粒逐渐向单晶硅片的逼进和压入,使得磨粒下方的硅晶格在磨粒的作用下发生了剪切挤压变形,磨粒作用产生的能量以晶格应变能的形式贮存在单晶硅的晶格中(即硅原子间势能),因此硅原子间势能随着力的增加而不断增加,当超过一定值且不足以形成位错时,硅的原子键就会断裂,形成非晶层,堆积在金刚石磨粒的下方.当磨粒逐渐离开单晶硅片时,非晶层原子进行重构,释放部分能量,从而达到新的平衡状态.     

应用纳米压痕技术表征水泥基材料微观力学性能

为了更好地研究和表征水泥基材料的微观结构及形成机理,对水泥净浆及掺粉煤灰的水泥浆体进行了微观力学性能研究.应用纳米压痕技术测试、分析并计算了不同浆体中各个区域的弹性模量和硬度,并对各参数在二维平面的分布进行了描绘.同时,利用高斯函数对弹性模量、硬度的频率分布曲线进行了多峰拟合,获得水化产物中毛细孔、高密度C-S-H凝胶...     

单晶铜纳米压痕的取向效应和尺寸效应研究

采用离散位错动力学法(DDD)以及晶体塑性有限元法(CPFEM)对单晶(001)、(011)和(111)晶面进行纳米压痕模拟研究。分别分析了载荷-位移曲线、弹性模量、纳米硬度以及弹性回复率与晶粒取向和压入深度的关系。DDD和CPFEM的模拟结果均表明:压痕硬度均随压入深度的减小而增大,呈现明显的尺寸效应。不同的是DDD的模拟结果显示:不同压入晶面的硬度关系为(111)晶面(001)晶面(011)晶面,呈现明显的取向效应。而CPFEM的模拟结果显示:不同压入晶面的硬度大致相同。此外,DDD模拟相对于CPFEM模拟结果,得到3个压痕面的压痕响应差异较大。两种方法模拟结果的差异主要是因为模拟尺度的不同,DDD模拟的尺度较小,其硬度响应与位错结构紧密相关。而CPFEM相对唯象,其模拟的尺度较大,微结构敏感特性不明显。     

纳米压痕法测量纳米晶金属Cu薄膜力学性能的研究

采用纳米压痕法测量了不同厚度（180～1000nm）的纳米晶Cu膜的硬度和弹性模量.结果表明,Cu膜硬度与厚度的关系类似于Hall-Petch关系,而弹性模量与厚度无关,其值相比块体粗晶Cu下降了约20%,分析位移-载荷曲线发现晶粒尺寸越大的Cu膜其位移跳跃现象越明显.另外,对于不同厚度的Cu膜其临界剪切应力的范围约在3.02～4.07GPa之间,基本接近粗晶Cu的理论剪切强度,位错塞积依然是其塑性变形的主要机制.     

纳米压痕试验在纳米材料研究中的应用

纳米材料由于其本身特殊的尺度,呈现出与体材料完全不同的力学、摩擦学性质.纳米压痕试验作为一种在纳米尺度进行力学、摩擦学性质表征的有效手段,已经被成功地运用于单层/多层薄膜、超薄膜、纳米线/管等纳米材料的纳米摩擦学研究中.在硬度、弹性模量的测量以及弹性/塑性形变、应变强化等现象的研究中已经取得了许多重要的成果.但是,目前的纳米压痕试验还存在着重复性差、精确定量困难、缺少统一的测试标准等问题.寻找解决这些问题的方法,是纳米压痕试验未来发展中的重要课题.     

纳米压痕中针尖效应的分析

采用有限元方法模拟了纳米压痕中不同曲率半径针尖的压头压入不同材料的加、卸载过程,并对计算结果与实验进行了对比以验证模拟的可靠性.理论分析给出了一个硬度关于压头曲率半径和压入深度的半经验公式.结果显示,相同材料的硬度计算值随着压头针尖曲率半径的增大而增大;另外对于同一针尖曲率半径而言,材料硬度值随着压痕深度的减小而增大,并且随着曲率半径的增大,尺寸效应越明显.理论分析与有限元计算结果吻合得较好.分析表明,由于尖端曲率半径的增大而导致过低估计压头与材料的接触面积是产生针尖尺寸效应的主要原因.进一步分析显示,理论推导中对于尖端曲率半径较大(R>60 nm)的压头,在压入深度较浅时(h≤60 nm)将其等效为理想压头相对粗糙,其硬度计算结果存在一定的高估.     

载能粒子沉积薄膜生长的微观机制研究

采用嵌入原子间相互作用势,利用分子动力学方法模拟了载能原子沉积Ａｕ／Ａｕ（１００）薄膜的生长过程,通过对薄膜生长的表面覆盖度曲线和Ｂｒａｇｇ衍射强度等随沉积原子能量变化的研究,发现随着沉积原子能量的增加,薄膜的生长模式从Ｓｔｒａｎｓｋｉ－Ｋｒａｓｔａｎｏｖ生长（Ｓ－Ｋ生长）转变为Ｆｒａｎｋｖａｎ ｄｅｒ Ｍｅｒｗｅ生长（Ｆ－Ｍ生长）。同时,通过对沉积原子能量、基体温度随是演化分析,探讨了载能原子在     

基于微观机理的页岩气运移分析

认识气体在页岩孔隙中的运移机理对页岩气开采具有重要的科学意义.页岩作为一种致密岩石,孔隙尺寸分布主要集中在几纳米到百纳米之间,小孔隙尺寸与气体的平均分子自由程在同一个数量级,气体与孔隙边壁的碰撞对流动起到控制作用.本文针对页岩气开采过程中孔隙中气体流动过程,建立了考虑气体滑移、Knudsen扩散、Langmuir等温吸附、孔隙压缩等过程的多场耦合控制方程.分析了流态变化对滑移效应的影响,得到了考虑滑移效应的临界孔径,并针对实际中不同页岩储层有机质含量的差异,分析了解吸机制对页岩气产气率、产气量的贡献.研究还表明孔隙压缩性对产气率影响显著,通过考虑开采过程中孔隙压缩,可以更真实地反映页岩气运移过程.     

Finite Indeterminacy of Homogenous Polynomial Germs under Some Subgroups R1（r） of R

Using the finite determinacy relation with the regular sequence in the Ring Theory and the complete intersection in Analytic Geometry, the finite indeterminacy of homogeneous polynomial germs under some subgroups R1（r） of R in both real and complex case is proven by the homogeneity of the polynomial germs. It results in the finite determinacy of homogeneous polynomial germs needn＇t be discussed respectively.     

合作研发企业间知识共享的微观机制

本文以合作研发为背景 ,提出了企业间知识共享的概念模型 ,以此来分析企业间知识共享的微观机制。研究认为跨组织知识共享是私有知识向共有知识转移的过程 ,资源依赖、组织学习是企业间知识共享的动力 ,而信任决定企业间知识共享的最终成果。本文最后研究了企业文化、组织学习能力、技术的壁垒性因素对企业间知识共享的影响作用     

磁处理降低钢中残余应力的微观机理模型

目的是定量研究一种新颖的降低材料内应力的非热方法、低频交变磁处理法的效果及其微观机理。在试验研究了该方法降低试样内残余应力的程度、特点和工艺参数的影响后 ,通过透射电镜分析 ,着重观察了磁处理时材料内部的位错运动规律。结果表明 ,低频交变磁处理用于降低材料的内应力是有效的 ,其主要应力降低原因是磁处理过程引起的位错均匀化。在实验结果和理论分析的基础上 ,提出了磁处理时材料内应力松弛的物理模型 ,合理地解释了低频交变磁处理方法降低残余应力的机理     

矿岩均质体各向导性渗流特性

以德兴铜矿矿石为实验物料,采用均匀设计法确定散体渗流实验方案,在自制多功能浸出实验台架上进行水平和垂直渗流实验,实验结果采用SPSS统计软件进行回归分析.结果表明:垂直向下的渗流系数最大,其次为水平方式,垂直向上的渗流系数最小;均质体各向异性系数变化范围为1.38～6.73,平均值为4;粗粒含量P5在35%～60%之间以及含泥量在1%～5%之间,散体的渗流系数变化呈先升后降现象;渗流系数与孔隙率呈幂函数关系,随孔隙率增大而上升;孔隙率随0.1～0.2 mm的物料含量增加而下降,随10～8 mm和8～4 mm含量之积增大而上升;渗流指数m与雷诺数Re之间存在幂函数关系,对于判定渗流状态两者是一致的;西源排土场水平渗流系数为3.68×10-2m.s-1,垂直渗流系数为1.51×10-2m.s-1.     

非饱和土受荷后的单向初期变形和固结变形

为建立一维非饱和土固结简化计算方法,首先将非饱和土的固结过程分为初期压密、气压消散和水压消散3个阶段并假定初期压密和气压消散这2个过程是瞬时完成的,然后再单独考虑水压的消散过程.实例模拟结果表明:简化方法能基本反映饱和度不太高的非饱和土的固结过程;饱和度超过85%时,气压消散存在一个较长的历时过程,简化计算方法不宜采用.     

完全图的循环齐次分解

得到了一般情形下完全图存在循环齐次分解的充要条件,结论推广了著名组合专家Praeger和Li在G/M为循环群的条件下得到的完全图存在(M,G)循环齐次分解的充要条件.     

泥岩遇水软化微观机理研究

通过扫描电镜与X射线衍射仪对不含蒙脱石的华北中生代煤系地层泥岩的微观结构与物质组成进行分析，研究了该泥岩遇水软化过程中微观结构随时间变化的动态特征．研究表明：泥岩中的矿物颗粒在水的作用下，颗粒间的连结将逐渐破坏，使水分进入层状颗粒之间，从而在岩石内部产生不均匀内应力以及大量的微孔隙．这些微孔隙的出现及其吸附效应的影响，进一步破坏了岩石的内部结构体系，使泥岩在宏观上产生软化崩解的现象．可见，泥岩内部结构体系的特点是其软化崩解的真正原因，而是否含有蒙脱石并非泥岩软化崩解的决定性因素．