纳米单晶铜杆的分子动力学模拟与性能研究

摘要

该文主要应用分子动力学方法对纳米单晶铜杆的表面效应及拉伸、弯曲性能做了分析和研究.对分子动力学方法的基本原理进行了总结,研究了分子动力学模拟方法及程序编制,并以L-J势为例给出了分子动力学方法的具体实现.运用分子动力学方法对纳米单晶铜在接近绝对零度下的表面效应进行了分析,给出了表面原子位置变化、能量大小、应力的大小.研究了纳米单晶铜杆在接近绝对零度下的拉伸下的应力应变曲线,并计算了杨氏模量.拉伸作用下纳米杆的截面形状变化明显.对其拉伸变形的内部机理进行了说明.研究了铜纳米杆在高低两种应变率的变拉伸以及纳米单晶铜杆的弯曲,观察到了位错的产生.研究表明,纳米材料表面效应不可忽略,未受外力作用下,材料表面内部有应力存在.拉伸作用下的应力应变曲线变化趋势并不与宏观介质连续力学下完全相同,不同的应变率会对材料变形造成不同的影响.弯曲下的纳米铜杆具有与宏观尺度下不同的力学特性.

目录

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第一章绪论

1.1纳米科技与分子动力学

1.2分子动力学模拟对机械设计理论研究的必要性和推动作用

1.3分子动力学方法的发展

1.4本文的研究内容

第二章分子动力学模拟技术

2.1基本原理

2.2分子动力学模拟的实现及程序编制

2.2.1初始化条件的设定

2.2.2力的计算

2.2.3积分求解方法

2.2.4系统控制方法

2.3分子动力学程序的编制

2.4分子动力学的技术细节及其实现

2.4.1边界条件

2.4.2对比单位

2.4.3势函数

2.5不同系统的分子动力学模拟

2.6一些应用

2.6.1 L-J流体的静态性质

2.6.2 L-J流体的动态性质

2.7小结

第三章纳米单晶铜的拉伸力学性能

3.1引言

3.2纳观力学中的力学量

3.3无外载下铜的弛豫性分析

3.4拉伸下铜的力学性能

3.4.1初始模型的建立

3.4.2结果与讨论

3.5不同应变率下的拉伸变形

3.6小结

第四章单晶铜的弯曲

4.1引言

4.2初始模型的建立

4.3结果和分析

4.4小结

第五章结论与展望

5.1本文研究内容

5.2进一步的工作展望

致谢

参考文献

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