低维纳米材料拉伸性能及断裂机制的分子动力学研究
本文采用分子动力学方法，分别以磷烯和铜纳米线为模拟对象，研究了它们在拉伸作用下的力学性质以及断裂机制。主要的研究内容和结论如下: （1）研究了在拉伸作用下晶界对磷烯力学性质和断裂机制的影响。分别选取了五个不同晶界角的磷烯为研究对象，作为对比，本文同时研究了与之对应的五个不含晶界的磷烯沿不同方向拉伸的断裂机制。结果发现，当磷烯中没有晶界存在时，尽管沿锯齿方向的键强比沿扶手椅方向的键强更高，但是在沿随机方向拉伸时，锯齿方向的键往往更容易断裂。同时断裂强度和断裂应变与拉伸力加载的方向有很大关系：随着拉伸方向趋向于锯齿方向，断裂强度逐渐增加，而断裂应变逐渐减小。在磷烯中存在晶界的情况下，当沿着平行晶界的方向拉伸时，裂纹通常在晶界处产生并沿着垂直晶界的方向传播；当沿着垂直晶界的方向拉伸时，裂纹将在晶界处产生沿着晶界传播。另外晶界的存在致使磷烯的杨氏模量和断裂应变下降，而对于磷烯的最大断裂强度并无显著影响。最后在考虑温度效应和拉伸速率的影响时，杨氏模量、断裂强度和断裂应变都随着温度的升高而下降；至于拉伸速率，研究结果表明它的变化对磷烯的断裂行为几乎无影响。 （2）研究了拉伸作用下体缺陷对铜纳米线力学行为的影响。分别以<100>，<110>和<111>三个取向的纳米线作为研究对象，为了避免体缺陷的尺寸效应对结果造成影响，本文将体缺陷的半径控制在1.80和10.83埃之间。研究结果表明，体缺陷的存在使得铜纳米线在弹性阶段的力学行为有所下降，但是随着体缺陷的尺寸变化，三个不同取向的杨氏模量都无明显改变，这表明体缺陷对于纳米线的弹性影响不大。在塑性变形过程中，虽然体缺陷使得<100>取向纳米线的塑性降低，但是<110>和<111>取向纳米线的塑性却得到了提高。因此，体缺陷不仅可以使铜纳米线的塑性降低，也可以使之提高，这取决于纳米线的拉伸方向。
纳米材料;拉伸性能;断裂机制;分子动力学;磷烯
郑州大学
硕士
理论物理
贾瑜
2017
中文
TB383
71
2017-11-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）