单晶镍拉伸行为的分子动力学仿真

为了研究单晶镍的拉伸行为,采用LAMMPS分子动力学软件模拟分析了拉伸温度(300、 600和900 K)、晶向([100]、[110]、[111])以及孔洞的缺陷数量(0、 1、 3)和直径(0.2a、 0.4a、 0.6a)对单晶镍拉伸行为的影响规律。结果表明:拉伸温度和晶向影响单晶镍的塑性变形方式,而孔洞的缺陷数量和直径影响单晶镍的力学性能。随着拉伸温度的增加,单晶镍的塑性变形方式由相变和层错为主转变为单一的层错变形方式;在[100]晶向上,单晶镍的塑性变形方式以相变和层错为主,而在[110]和[111]晶向上,则以层错为主;与孔洞缺陷数量相比,孔洞缺陷直径对单晶镍的力学性能影响较大,孔洞缺陷的存在致使单晶镍主要以层错形式发生塑性变形,且层错沿与拉伸方向成45°或135°的方向扩展。     

单晶/多晶镍轴向拉伸力学性能的分子动力学模拟

为提高航空发动机推重比采用整体叶盘新技术却带来了盘叶连接区域高风险失效问题。本文采用分子动力学对连接区单晶/多晶镍(SPSNi)的力学性能进行模拟,首先通过对比了不同晶态镍拉伸原子图。发现,由于单晶/多晶界面的存在使得拉伸后界面处的非晶化程度加剧,易于孔洞萌生,加剧了SPSNi突然断裂的风险。最后重点研究了单晶/多晶镍的应变率效应与温度效应。当应变率大于1í10_⁸s_^-1小于2í10_¹⁰s_^-1时,SPSNi对加载应变率几乎不敏感,屈服强度小幅上升。超过2í10_¹⁰s_^-1之后,其屈服强度随着应变率的增加而迅速下降。这是因为在高应变率下,SPSNi的FCC原子大规模迅速转变为无序的非晶结构,导致了晶体镍承载能力迅速下降。可以将应变率2í10_¹⁰s_^-1作为SPSNi拉伸变形的阈值。不同温度下,SPSNi屈服强度随温度的增大而线性下降。这是由于在温度的影响下,位错网络的初始镶嵌结构逐渐变得不规则,初始失配应力随着温度的升高而下降。     

单晶Ge纳米薄膜面向热导率的分子动力学模拟

利用非平衡分子动力学模拟方法研究了单晶Ge薄膜的厚度以及温度对其面向热导率的影响规律。针对单晶Ge薄膜的结构特点和导热机制,采用Stillinger-Weber势能模型描述Ge粒子间的相互作用,并且建立面向稳态热传导模型。模拟结果显示,单晶Ge薄膜面向热导率具有明显尺寸效应,随薄膜厚度的增加而增大,随温度的升高而减小。与法向热导率的模拟结果进行比较,证明单晶Ge薄膜热导率具有各向异性的特点。     

单晶锗薄膜热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法研究平均温度为400 K,厚度d=2.8288～11.315 nm的单晶锗薄膜法向的热导率.模拟结果表明,单晶锗薄膜热导率随薄膜厚度的增加以接近线性的规律增加,其数值明显低于同等温度下体态锗的试验值.当薄膜厚度一定时,单晶锗薄膜的热导率随温度增加变化幅度很小,与同体态锗热导率随温度的变化规律相比表现出明显的尺寸效应.     

拉伸载荷作用下单晶铝柱动态断裂过程的分子动力学模拟研究

运用LAMMPS中的Fortran语言自编程功能建立了单晶铝柱在拉伸载荷作用下的分子动力学仿真模型,采用镶嵌原子势(EAM)势函数模拟了室温下单晶铝柱的动态断裂过程。从应力应变关系、原子构型和相变等方面解释了拉伸过程中的力学性能。位错是单晶铝塑性变形的主要原因,位错相互作用引起塑性硬化和晶体破坏,晶体在载荷作用下沿{111}面滑移,滑移面与理论结果相符合。     

单晶Cu纳米杆拉伸力学特性的尺寸依赖性模拟

对圆形、方形截面形状的单晶Cu纳米杆拉伸变形过程进行了分子动力学模拟.通过中心对称参数方法并结合位错形核理论分析了截面形状、截面面积和长细比对纳米杆拉伸力学特性的影响,研究了单晶Cu纳米杆拉伸力学特性的尺寸依赖性.结果表明:首次屈服后,纳米杆在位错形核-位错延伸与滑移-晶格原子交叉滑移的交替循环作用机制下,产生塑性变形;截面形状对纳米杆拉伸变形的初始塑性影响较小,而对纳米杆拉伸力学特性的影响较大;随着截面面积的增大,两种截面形状的纳米杆都出现首次屈服点提前,屈服应力减小和弹性模量增大的现象;与方形截面形状纳米杆相比,圆形截面形状纳米杆的屈服应力的变化率较小,其弹性模量的变化率较大;当截面面积增大到500nm~2后,两种截面形状纳米杆的弹性模量趋于稳定,其值接近理论值84GPa.加大仿真规模后,长细比对纳米杆的拉伸力学特性略有影响.     

超细镍纳米线拉伸性能的温度和应变率相关性的分子动力学研究

基于EAM势,采用分子动力学方法对超细镍纳米线（直径分别为3．94、4．95和5．99nm）在（100）晶向的拉伸性能进行研究,并对其温度相关性和拉伸应变率相关性进行探讨。结果表明：弹性模量和屈服强度随着温度的升高而逐渐降低,并且随着拉伸应变率的增大,应力一应变曲线波动程度变大,超细镍纳米线发生断裂时的应变越来越小。在0．01K温度下,超细镍纳米线屈服强度随拉伸应变率的升高迅速降低;但在其它温度条件下,拉伸应变率对弹性模量和屈服强度的影响较小。简要分析尺寸大小对镍纳米线拉伸性能的影响。     

单晶材料纳米加工的分子动力学模拟研究进展

分子动力学模拟技术是纳米加工研究的重要方法之一。本文概述了经典分子动力学模拟的基本原理和方法,并结合分子动力学模拟的发展历程,从单晶材料纳米加工的物相转变、结构及热力学特性、介质的影响以及加工后亚表面变形层特性这5个方面,综述了分子动力学模拟在单晶材料纳米加工研究中的应用,最后分析了单晶材料分子动力学模拟中存在的一些问题及需要关注的方向。      

飞秒激光诱导镍生成纳米液滴双温模型耦合分子动力学模拟

通过双温模型耦合分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光诱导镍生成纳米金属液滴动态过程,分析了激光辐照后的镍内部电子温度、晶格温度、压力分布及金属的相变过程.研究表明:在激光作用后的几十皮秒内,电子温度和晶格温度达到平衡,且晶格温度一般会超过熔点和沸点,使材料内部产生气泡.激光同时诱导材料内压力周期性变化,促进产生的气泡扩展...     

纳米级铱单晶不同温度拉伸的分子动力学解析

针对面心立方金属铱单晶独特的韧脆变形特征,采用分子动力学方法研究了纳观尺度下的铱单晶在不同温度下的拉伸变形行为。通过分析不同温度拉伸过程中的应力应变关系,势能变化和原子构型图,认为随着温度的上升,纳米级铱单晶沿[100]晶向的弹性模量逐渐下降,抗拉强度也逐渐降低。温度为300 K时拉伸变形过程中在晶体内仅有少量空位和位错产生,600和800 K拉伸变形过程中在晶体内有滑移,位错和空位产生。     

Molecular dynamics simulation on thermodynamic properties of Pb-Ag alloys

Molecular dynamics simulation was used to simulate the thermodynamic properties of three binary alloys, Pb-Ag (1:1), Pb-Ag (4:1), and Pb-Ag (9:1). The energy functions, such as excess free energy, cohesive energy, and formation energy, were calculated. The calculated val-ues agree well with the experimental ones. The atomic interactions were analyzed in macroscopic and microcosmic views and both are con-sistent well.     

Ag低指数表面非谐效应的分子动力学模拟

应用分子动力学,结合分析型嵌入原子模型研究了Ag低指数面的声子频率、声子线宽度、原子振动振幅和层结构因子随温度的变化关系.结果表明,计算值与已有的实验数据比较相符;(110)面的原子振动振幅表现出明显的各向异性;由声子频率随温度变化关系得到的非谐常数表明(111)面的非谐效应最弱.计算出的反映表面长程有序特征的层结构因子表明,(111)面没有表面熔化,而(100)、(110)面分别在低于体熔点的100 K与250 K时出现了表面熔化.     

Molecular dynamics simulation of ion selectivity traits of nickel hexacyanoferrate thin films

The ion selectivity of nickel hexacyanoferrate thin film to alkali cations in ESIX （electrochemically switched ion exchange） processes was investigated using molecular dynamics（MD） techniques; water and cation （Na^＋ and Cs^＋） intercalation, configuration, and dynamics in reduced nickel hexacyanoferrate structures with different cation combinations were studied and compared with the experimental results. In the simulations, water was represented by an extended simple point-charge（SPC/E） model, and all other atomic interactions were represented by a universal force field（UFF）. The potential energies of various cations combination （Cs^＋ and Na^＋） in reduced i-NiHCF and 1 mol/L Cs/NaCl mixed solution were obtained. In most cases, the total potential energy of the solid is reduced when water is intercalated into the various reduced NiHCF structures. Combining the solid and the solution simulation results, it is shown that the solid composition of 3Cs^＋/1Na^＋ is the stablest structure form （NaCs3Ni4[Fe（CN）6]3） over a range of solution compositions.     

单晶锗纳米切削过程应力场分布的分子动力学研究

为了进一步研究单晶锗的微纳米切削机理,首次采用分子动力学方法研究了材料原子的应力场分布以及不同刀具角度对应力分布的影响。采用近邻平均法计算了切削过程中不同时刻的hydrostatic应力和von Mises平均应力值。结果表明,在单晶锗的纳米切削过程中,最大平均应力集中于刀具尖端的亚表面区域,最大应力值为8.6Gpa。在切屑中也有很高的应力值,在4.2GPa左右。此外,刀具的角度也对应力场的分布有很大影响,绘制了不同刀具角度的切削力曲线。发现,刀具前角对切削力有显著影响。刀具采用负前角切削时切削力最大,而刀具后角对切削力没有影响,这与宏观切削理论相一致。     

Molecular Dynamics Simulation of Thermodynamic Properties for Pb-Au Alloys

The molecular dynamics method was used to simulate thermodynamic properties of three binary alloys: Pb40Au60, Pb80Au20 and Pb90Au10. The energy functions, including excess free energy, cohesive energy and formation energy, were calculated. Formation energy and excess free energy are all negative values, so Pb-Au alloys belong to negative system. The atomic interactions were analyzed in macroscopic and microcosmic views. The calculated formation energy can describe the deviation degree between the actual alloy and the ideal melt quantitatively     

分子动力学模拟不同层错能单晶Ni及其合金拉伸变形行为

采用分子动力学模拟了不同尺寸模型的单晶Ni及Ni₅₇Cr₁₉Co₁₉Al₅合金[100]晶向拉伸变形过程,确定了具有稳定塑性流变应力的模型尺寸,进一步研究了在具有稳定塑性流变应力的相同模型下单晶Ni及其合金拉伸变形行为。结果表明,层错能较低的单晶Ni₅₇Cr₁₉Co₁₉Al₅合金在小尺寸模型拉伸变形时,容易形成多层孪晶结构或变形孪晶;模型的横截面边长大于30倍的晶格常数时,塑性流变阶段流变应力、相结构及位错密度随应变起伏趋于平稳。具有稳定流变应力的相同尺寸单晶Ni及其合金拉伸时,层错能越低,塑性变形时层错面的面积越大。Shockley不全位错在单晶Ni及其合金塑性变形过程中起主导作用,多层孪晶的形成伴随着位错耗尽,变形孪晶的形成与湮灭则主要由位错饥饿机制主导。     

Pb-Au合金热力学性质的分子动力学模拟

使用分子动力学方法模拟Pb40Au60、Pb80Au20和Pb90Au103种合金的热力学性质,计算合金的过剩自由能、结合能和形成能等能量方程。结果显示:合金的形成能和过剩自由能均为正值,因此Pb-Au合金为正偏差体系。从微观和宏观角度分析原子间的相互作用,并且使用形成能定量描述合金与理想熔体的偏离程度。