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单晶铜杆弯曲力学特性的研究

张贺

  物质材料层次尺寸不同,其力学性能也随之发生变化。纳米尺度下固体材料的力学性能和力学行为与宏观尺度下同材料的力学性能有可能不同。金属纳米结构材料具有独特优异的力学性质,纳米科技中对结构材料的应用起着至关重要作用的是表征这些微结构材料的力学行为。 本文采用基于镶嵌原子法(Embedded Atom Method,EAM)的分子动力学方法,利用VC++编程软件,模拟了三维无缺陷和带裂纹缺陷两种情况下的单晶铜杆的横力弯曲过程,并分析了其在弛豫过程中动能的变化、原子构型图的变化以及加力过程中其应力与挠度的关系变化曲线等,还考虑了温度和长细比的变化对单晶铜杆弯曲特性的影响,最后还模拟了工字型截面单晶铜杆的弯曲力学行为,分析了当工字型截面尺寸发生变化时对其弯曲强度的影响,并与宏观模拟结果进行了对比。 结果表明两种情况的单晶铜杆在受横向作用应力的初始阶段,都表现出了相当的稳定性,基本上没有变形,随着外载荷的增大,变形趋势出现较大变化,应力与挠度关系曲线的斜率增大,变形速度加快。无缺陷和带裂纹缺陷模型都随着长度的增大,弯曲强度增大,随着温度的升高,弯曲强度降低,弛豫过程中动能随着长度的增大和温度的升高都增加。不同点是在相同尺寸下,无缺陷模型的弯曲强度明显高于有裂纹缺陷模型,破坏时吸收的能量也就越多。工字型截面单晶铜杆的强度会随着截面尺寸的不同而发生变化,宏观模拟的工字梁的载荷——挠度曲线与微观尺度下工字型截面单晶铜杆的曲线变化趋势相同。……   
[关键词]:分子动力学;横力弯曲;裂纹缺陷;宏观模拟
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:燕山大学2012年