HNS／EP-35PBXs力学性能的分子动力学模拟
《2024年Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》范文
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》篇一一、引言非晶合金作为一种具有独特物理和化学性质的材料，近年来在材料科学领域受到了广泛关注。
Zr65Cu35非晶合金作为一种典型的非晶合金体系，其结构和动力学特性对于理解非晶合金的通性具有重要意义。
本文利用分子动力学模拟方法，对Zr65Cu35非晶合金的结构及动力学进行了深入研究。
二、模型与方法2.1 模型构建本研究采用嵌入原子法（EAM）势函数来描述Zr和Cu原子间的相互作用。
根据Zr65Cu35合金的成分比例，构建了包含数千个原子的三维模型。
为保证模拟的准确性，模型在空间上进行了周期性扩展。
2.2 分子动力学模拟方法采用Langevin动力学方法进行模拟，以模拟合金在高温下的快速冷却过程。
模拟过程中，系统温度从高温逐渐降低至室温，以模拟实际生产过程中的淬火过程。
同时，通过计算原子间的相互作用力，得到了原子间的相互作用能、配位数等参数。
三、结果与讨论3.1 结构分析通过分子动力学模拟，我们得到了Zr65Cu35非晶合金的三维结构。
从结构上看，非晶合金中原子排列无序，没有明显的晶体结构特征。
通过径向分布函数（RDF）分析，我们发现原子间存在短程有序结构，但长程无序性是其主要特征。
此外，通过计算配位数，我们发现合金中存在较多的多配位原子，这是非晶合金的重要特征之一。
3.2 动力学分析动力学分析主要包括对合金中原子运动的研究。
我们发现，在高温下，原子运动较为剧烈，随着温度降低，原子运动逐渐减缓。
通过计算均方位移（MSD）和扩散系数，我们发现非晶合金的扩散过程具有明显的非线性特征。
此外，我们还发现合金中存在明显的剪切带和剪切转变区，这些区域对非晶合金的力学性能具有重要影响。
四、结论本研究通过分子动力学模拟方法，对Zr65Cu35非晶合金的结构及动力学进行了深入研究。
结果表明，Zr65Cu35非晶合金具有短程有序、长程无序的结构特征，原子间存在多配位关系。
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》篇一一、引言非晶合金因其独特的结构和优异的性能在材料科学领域中受到了广泛的关注。
Zr65Cu35非晶合金作为一种典型的金属玻璃，其结构和动力学特性一直是研究的热点。
本文旨在通过分子动力学模拟的方法，探究Zr65Cu35非晶合金的结构特征及动力学行为。
二、分子动力学模拟方法分子动力学模拟是一种计算模拟方法，用于研究系统的微观行为和宏观性质。
通过在原子或分子层次上对系统的模拟，能够有效地解析材料中的微观结构及其相互作用力，以及物质的各种性质。
本研究所使用的模拟软件及参数设置均经过严格的验证和优化，以确保结果的准确性和可靠性。
三、Zr65Cu35非晶合金的结构特征1. 原子排列通过分子动力学模拟，我们发现Zr65Cu35非晶合金中原子排列呈现无序性，不存在长程有序的晶体结构。
原子间的相互作用力导致其形成了一种独特的短程有序结构。
2. 配位结构Zr65Cu35非晶合金的配位结构复杂，Zr和Cu原子间的配位数和配位环境均有所不同。
通过对模拟结果的分析，我们发现在该非晶合金中存在多种类型的配位结构，这些配位结构共同构成了非晶合金的微观结构。
四、Zr65Cu35非晶合金的动力学行为1. 原子运动在分子动力学模拟中，我们观察到Zr65Cu35非晶合金中原子运动具有明显的无序性。
原子在各个方向上的运动不受限制，且运动速度和轨迹随时间不断变化。
这种无序的运动状态是该非晶合金独特的物理性质和优异性能的根源。
2. 势能变化在模拟过程中，我们分析了Zr65Cu35非晶合金的势能变化。
随着模拟时间的推移，系统势能呈现波动状态，但总体上保持稳定。
这表明该非晶合金具有良好的能量稳定性，有利于其在各种环境下的应用。
五、结论通过分子动力学模拟，我们深入研究了Zr65Cu35非晶合金的结构特征及动力学行为。
该非晶合金具有独特的短程有序结构和复杂的配位结构，使其具有优异的物理性质和力学性能。
Zn_4Sb_3力学性能的分子动力学模拟.
Zn_4Sb_3力学性能的分子动力学模拟近年来受全球能源危机的影响,热电转换技术及高性能新型热电材料的研究受到人们的极大关注。
其中Zn4Sb3因为具有较高的ZT值而被公认为是最具应用前景的中温热电材料之一,但其强度较低的缺点限制了它的广泛应用。
强度极限和弹性模量等力学量是材料机械强度的基本性能指标,这些基本的力学性能指标是衡量材料服役行为的重要依据,具有重要意义。
因此本文通过分子动力学方法研究了Zn4Sb3单晶在0K和300K时的基本力学行为,从而为研究Zn4Sb3单晶力学性能及服役行为提供参考。
本文采用分子动力学方法并运用开源并行程序Lammps研究单晶Zn4Sb3热电材料的基本力学行为。
具体研究内容如下：1、采用基于密度泛函理论的VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)软件包对Zn4Sb3晶体结构的基态物理性质做了第一性原理研究。
首先建立了Zn4Sb3晶体最小的重复单胞模型,通过对晶体结构的优化,得到了Zn4Sb3晶体结构的平衡体积,结合能以及Zn4Sb3晶体结构平衡时所有原子的坐标。
然后给定六组不同的应变,得到相应六组独立的方程,计算获得了Zn4Sb3晶体结构的弹性常数矩阵。
2、简化Zn4Sb3热电材料复杂的晶体结构,确定Zn4Sb3热电材料原子间的相互成键方式。
首先从目前认可的几种晶体结构中选择有代表性的一种结构,进而从晶体结构稳定性的角度给出原子间的相互成键方式和势函数形式。
通过基态物理性质方程,运用第一性原理算得的基态物理性质作为输入数据,用最小二乘方法拟合出势函数参数值。
3、根据Zn4Sb3晶体结构的特点,构建了用于分子动力学计算的单胞模型,分别从平衡时晶体结构的稳定性和0K时的弹性常数两方面对势函数进行了验证。
其中稳定性通过径向分布函数得到的原子的近邻距离来判断。
运用构建的势函数模拟Zn4Sb3单晶块体在0K和300K两种温度下[010]方向和[001]方向时的拉伸力学性能。
退火温度调控多层折叠石墨烯力学性能的分子动力学模拟
退火温度调控多层折叠石墨烯力学性能的分子动力学模拟*李兴欣 李四平†(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院工程力学系, 上海 200240)(2020 年6 月2日收到; 2020 年6 月28日收到修改稿)退火是石墨烯宏观组装材料常用的制备工艺之一, 广泛用于其性能的调控. 在石墨烯基材料中, 石墨烯片层由于其自身的二维特性通常在微纳米尺度下呈现出多层折叠的结构. 然而这种微观结构对材料力学性能退火调控的影响仍未得到充分的了解. 为了阐明多层折叠石墨烯力学性能与退火温度间的调控关系, 基于分子动力学模拟研究了材料弹性模量、拉伸强度、极限应变以及断裂韧性等关键力学性能参数随退火温度的变化规律, 进而结合观察微观结构的演化过程揭示了性能调控现象的物理机制. 结果表明: 更高的退火温度将增强多层折叠石墨烯的弹性模量与拉伸强度, 但同时削弱了其极限应变, 并且其断裂韧性能够在一定退火温度范围内实现强化. 研究发现, 以上力学性能的调控作用归因于更高的退火温度将造成更加密集的层间交联, 从而增强了折叠区域层间界面的相互作用, 并限制了折叠结构的形态展开, 致使结构破坏模式发生转变.关键词：多层折叠石墨烯, 退火温度, 力学性能, 分子动力学模拟PACS：61.48.Gh, 02.70.Ns, 46.15.–x, 46.50.+a DOI: 10.7498/aps.69.202008361 引 言作为一种二维纳米材料, 石墨烯凭借其优异的力学性能[1], 近年来受到了学术和工业界的广泛关注. 大量的理论计算和实验测量表明, 单纯无缺陷石墨烯的弹性模量高达约1 TPa[2], 拉伸强度更是达到约130 MPa[2], 断裂极限应变约为6%[3]. 由于其出色的力学性能, 石墨烯在工程结构材料等领域中拥有重要的应用价值和潜力. 然而, 受到制备工艺方法的限制, 目前工业级石墨烯材料的单片尺寸仍停留在微米级别[4,5], 限制了石墨烯单体在工程领域的应用. 为了解决这一难题, 研究者们将大量二维的石墨烯片层进行空间堆叠组装, 从而制备出宏观的薄膜、纤维、泡沫、热解碳等三维石墨烯聚集体材料[6−9]. 这些三维组装的石墨烯基材料大大的丰富了石墨烯的应用领域, 因此受到了广泛的研究和关注. 在堆叠组装的过程中, 石墨烯片层由于其柔性的二维平面形态特征易发生局部的面内折叠, 从而表征出多层折叠的微观形态[8,10−12]. 这种多层折叠的结构也将给三维石墨烯聚集体的整体力学性能带来重要的影响. 例如, Jia等[13]发现规律折叠的微观结构能够在保持石墨烯极高强度的基础上, 进一步赋予其出色的延展性能. Zhang等[8]通过双光子光刻与高温热解技术制备了高性能热解碳, 其内部卷曲折叠的微观结构亦对其在拉伸和压缩下的优异力学性能起到了重要作用.仿照金属热处理的工艺手段, 石墨烯及其三维聚集体在制备过程中也常使用退火处理进行品质性能上的优化改善, 即将材料升高至某个温度, 并* 国家自然科学基金(批准号: 51878407)资助的课题.† 通信作者. E-mail: lisp@© 2020 中国物理学会 Chinese Physical Society 在这个温度保持一段时间后再降至室温. 例如, 化学气相沉积法制备的石墨烯在转移基底后可以利用退火处理除去表面由于聚合物基底造成的杂质[14].还原法制得的石墨烯也可以利用退火处理将表面羟基等含氧官能团进一步去除, 从而得到更加纯净的产品[15]. 此外, 退火处理还可以使石墨烯层间产生紧密的交联, 将多张石墨烯薄膜“焊接”成一个整体, 在石墨烯宏观器件的形态设计和组装上具有良好的应用效果[16]. 然而, 有关退火处理对于石墨烯组装材料力学性能的影响仍未得到充分的了解, 尤其是考虑到其中大量分布的多层折叠结构在整体力学性能中扮演的关键角色. 因此, 本研究将对此展开研究, 重点关注退火温度对多层折叠石墨烯力学性能的影响.分子动力学模拟是基于牛顿第二定律对大量粒子的运动状态进行经典动力学描述, 通过求解整个体系的运动方程, 进而基于统计力学理论得到系统随时间的演变规律. 其长度和时间尺度可至纳米和飞秒级别, 因此广泛运用于微纳米尺度下物质特性的研究. 通过分子动力学模拟计算得到的石墨烯力学参数与实验结果高度吻合, 其准确性已经得到广泛的验证[17,18]. 而且, 由于其尺度优势, 分子动力学模拟能够从微观角度出发, 揭示材料宏观性能行为背后的机制成因, 进而指导实验制备工艺的改进及材料性能调控手段的开发. 本研究将利用分子动力学模拟方法, 阐明退火温度对多层折叠石墨烯各项关键力学性能参数的影响, 并结合微观结构的演化对该调控现象的机理进行讨论. 该研究结果有望为石墨烯组装材料的功能化设计与性能调控带来新的思路和理论性指导.2 模型构建与模拟方法分子动力学模拟方法被广泛地用于探究微纳米尺度下的材料力学行为及其背后的物理机制. 结合实验制备的石墨烯薄膜的微观表征[19], 本研究构建了具有多重折叠的多层石墨烯全原子结构模型, 如图1所示. 该结构部分为无折叠的石墨烯层,其余的石墨烯层则具有不同重合长度的折叠部分,以模拟实验观测中折叠的随机分布. 实际制备所得的石墨烯材料不可避免地会具有结构缺陷, 常见的缺陷形式之一为空位点缺陷[20], 即晶格中某处丢失单个原子. 因此, 通过在全部原子坐标池中随机移除某个点位的原子坐标的方法, 在模型中引入密度为5%的点缺陷. 此处缺陷的密度定义为点缺陷位置数目与总原子数目的比值. 由于是随机移除,点缺陷在各石墨烯层中的折叠与非折叠区域均有所体现, 整体上呈均匀分布. 模型长度(x方向)、宽度(y方向)及厚度(z方向)的尺寸分别为40 nm, 2 nm和6 nm, 模拟盒子在此3个方向上均设置为周期性边界条件. 该模型拥有的原子总数共计40554个. 模拟过程中, 碳-碳原子之间的相互作用通过AIREBO势能[21]进行定义, 包含面内化学键、层间范德瓦耳斯力以及层间交联键3种形式.该势能已被广泛运用于石墨烯材料的结构形貌及断裂模拟中[22]. 模拟的时间步长设置为0.1 fs. 所有原子结构在进行分子动力学模拟前均采用共轭梯度法进行了充分的能量优化, 以保证模拟过程中结构的稳定性.本研究采用分子动力学模拟软件Lammps[23]对退火处理及单轴拉伸两个过程进行模拟. 退火处理过程分为以下3步: 1)将模型温度由室温300 K逐渐升高至设定的退火温度T a, 升温过程持续0.5 ns; 2)将模型温度在T a保持0.5 ns; 3)将模型温度由T a逐渐降低至室温, 降温过程持续0.5 ns. 模拟中的温度控制均采用NVT方法, 保证温度均匀变化. 相应的温度随模拟时间的变化如图2所示, 各体系均达到了设定的退火温度. 然后,通过动态调整模拟盒子的尺寸, 沿着长度方向的单轴拉伸应变e得以施加于退火处理后的模型. 考虑到计算资源的限制, 本研究采取的应变率为0.002 ps–1.拉伸过程中, 模拟不断计算并输出平均应力s x, 从而绘制出多层折叠石墨烯从拉伸起始至断裂破坏的应力-应变曲线. 原子位置的变化也在模拟过程中实时输出, 以观察结构形貌随拉伸应变的演化.点缺陷图 1 多层折叠石墨烯的分子动力学模型Fig. 1. Model of multilayer folded graphene for molecular dynamics simulation.3 结果与讨论3.1 力学性能随退火温度的变化模拟研究了模型在T a 为900, 1500, 2500 K 3种退火温度下的力学性能, 通过与室温300 K 下的结果进行对比. 对应拉伸过程的应力应变曲线如图3所示. 当应变较小时, 这4条应力应变曲线均呈现出明显的线性趋势, 其斜率定义为退火处理后多层折叠石墨烯的弹性模量E . 随着应变的增加,应力均出现了下降再升高的“阶梯式”变化, 这与折叠石墨烯的展开以及多层石墨烯的局部面内断裂有关, 下文中将对此应力演化过程展开具体的分析与讨论. 应力应变曲线最高点所对应的应力值则定义为对应的拉伸强度s b . 当应变增大到一定程度后, 整体结构将发生拉伸破坏, 因此图3中对应的应力开始显著下降, 直至其接近于0, 此时对应的应变定义为拉伸极限应变e 0, 用以体现材料的延展性. 除此之外, 结合文献中多种惯用的定义和计算方法[24−26], 本文将应力应变曲线与横轴所围成的面积与模型长度的乘积定义为多层折叠石墨烯的断裂韧性Г(单位为J·m –2), 以反应材料断裂单位面积所需的能量.图4展示了多层折叠石墨烯的基本力学性能E , s b , e 0和Г随退火温度T a 的变化规律. 可以发现, E 随着T a 的增加出现了显著的升高, 分别为91, 118, 163, 239 GPa. 同时, s b 随着T a 的增加也不断提升, 分别为29.7, 32.7, 36.3, 40.4 GPa. 与之相反的是, e 0随着T a 的增加而下降, 分别为0.61,0.56, 0.53, 0.36. 与室温300 K 的结果相比, 2500 K 的退火处理将给多层折叠石墨烯的极限应变带来近40 %的大幅削弱. Г则关于T a 出现先增长后下降的趋势, 分别为374, 380, 469, 367 J·m –2, 说明在适宜温度范围内的退火处理后, 多层折叠石墨烯的韧性将得到强化, 但过高的退火温度将加剧韧性的损失, 因此存在一个临界退火温度使得多层折叠石墨烯的韧性达到最佳状态. 总体上, 多层折叠石墨烯的断裂韧性远高于文献中报道的单层石墨烯的断裂韧性(在10 J·m –2左右[27,28]). 这是由于在拉伸过程中材料内大量的微折叠结构逐步展开, 各石墨烯层交替承载, 整体更倾向于出现局部的剪切和断裂破坏, 大大延缓了整体结构的毁灭性损伤.具体的拉伸过程结构演化及其对力学性能的影响将在下文中详细讨论. 以上分子动力学结果表明,经过更高温度的退火处理后, 多层折叠石墨烯的模量与强度将得到显著强化, 但同时部分延展性被牺牲. 因此, 实际制备中可以通过调整退火温度对石墨烯基材料的力学性能展开有效的调控, 从而达到强度、刚度、延展性与韧性的协调平衡.3.2 退火温度调控力学性能的机理分析在进行力学调控背后机理的讨论前, 研究构建了具有相同缺陷密度的平整带缺陷多层石墨烯和具有相同折叠结构的折叠无缺陷多层石墨烯这两个模型, 分别计算了不同的退火温度(T a = 300,900, 1500, 2500 K)对两者弹性模量与拉伸强度的影响, 结果如图5所示.同样的模拟设置下, 研究发现, 对于平整带缺陷多层石墨烯, T a = 300 K 时其弹性模量与拉伸温度/K时间/ns图 2 不同退火温度T a 处理时温度随模拟时间的变化Fig. 2. Evolutions of temperature with simulation time for different annealing temperature T a .0.20.40.6102030405060拉伸应变拉伸应力/G P aa =900 K a =300 Ka =2500 Ka =1500 K图 3 不同退火温度T a 下多层折叠石墨烯的拉伸应力应变曲线Fig. 3. Stress-strain curves of multilayer folded graphene under different annealing temperature T a .拉伸极限应变弹性模量/G P a拉伸强度/G P a断裂韧性/J S m -2退火温度 a /K退火温度 a /K退火温度 a /K 退火温度 a /K图 4 不同退火温度处理下多层折叠石墨烯力学性能的变化 (a) 弹性模量; (b) 拉伸强度; (c) 拉伸极限应变; (d) 断裂韧性Fig. 4. Dependence of mechanical properties of multilayer folded graphene on the annealing temperature:(a) Elastic modulus;(b) tensile strength; (c) ultimate tensile strain; (d) fracture toughness.退火温度 a /K退火温度 a /K退火温度 a /K 退火温度 a /K弹性模量/G P a拉伸强度/G P a弹性模量/G P a拉伸强度/G P a图 5 (a), (b) 不同退火温度处理下平整带缺陷多层石墨烯弹性模量与拉伸强度的变化; (c), (d) 不同退火温度处理下折叠无缺陷多层石墨烯弹性模量与拉伸强度的变化Fig. 5. (a), (b) Dependence of elastic modulus and tensile strength on the annealing temperature, respectively, for the flat multilay-er graphene with vacancy defects; (c), (d) dependence of elastic modulus and tensile strength on the annealing temperature, respect-ively, for the folded multilayer graphene without defects.强度为550 GPa和61 GPa, 两者随着T a的升高也小幅提升, T a = 2500 K时增幅约为5%. 相比之下, 对于折叠无缺陷多层石墨烯, 其弹性模量与拉伸强度随退火温度均无明显增减变化, 分别维持在106 GPa与34 GPa左右. 与上一节中多层折叠石墨烯结构的结果对比, 可以看到, 退火温度的改变对平整带缺陷多层石墨烯和折叠无缺陷多层石墨烯的力学性能仅体现出有限的调控能力, 尤其是单独的折叠结构并不能引起相应力学性能在退火处理后的增强. 尽管单独的缺陷结构能够带来模量和强度的提升, 但其增强效应远弱于上一节中多层折叠石墨烯的性能强化表现. 因此, 折叠结构与缺陷结构的协同作用造成了退火温度对多层折叠石墨烯力学性能的显著调控效果. 大量的研究表明,材料微观结构的变化从根本上影响了其宏观力学性能. 本研究结合分子动力学模拟输出的原子坐标信息的变化, 对拉伸过程中折叠结构与缺陷结构的演化展开分析, 从而阐明退火温度调控多层折叠石墨烯力学性能的物理机制.图6展示了未经退火处理(即T a = 300 K)的多层折叠石墨烯在不同应变状态下的结构特征. 未施加应变时, 室温驰豫下的多层折叠石墨烯维持稳定的结构形态, 仅有极其少量的层间碳-碳键交联出现于相邻层的点缺陷附近. 根据文献中的方法[8],对每个碳原子周围一定截断半径(0.2 nm)内与之配位的其他碳原子进行了统计, 进而计算得出T a = 300 K下层间交联键占体系中所有碳-碳键的比例为0.02%. 这一比例数字可作为层间交联密度变化的定量直观展示. 当e = 0.1时, 可以发现部分初始折叠区域随着长度方向的拉伸逐渐展开, 变为平整的石墨烯层, 图6中用红色方框指出了若干处典型的展开区域. 该现象表明, 拉伸将首先造成折叠部分层间界面的相对剪切向滑移, 从而引发局域性的结构破坏. 然而, 该局部的结构变化并不能彻底使整体结构彻底失去承载能力, 其余无折叠的石墨烯层能够通过面内晶格的变形继续承受外界的拉伸载荷. 值得注意的是, 对于有折叠的石墨烯层, 由于层间范德瓦耳斯作用远弱于强大的面内共价键作用[27], 其整体应变主要来自于折叠展开造成的几何形变, 并且在此阶段内其由于晶格变形产生的面内应变很低. 随着应变逐渐增加至e = 0.35,无折叠的石墨烯层中面内应变将达到材料的本征断裂极限, 因此裂纹萌生于点缺陷处并迅速扩展,如图6中紫色框所示, 造成部分石墨烯层的断裂.然而此时大部分的折叠区域则被展平. 由于较低的面内应变水平, 这部分展平的石墨烯层仍能够维持面内结构的完整性, 从而接替断裂的石墨烯层保证整体的承载能力. 对于整体结构而言, 在局部断裂失效后, 展平的折叠区域能够再次进入承载阶段,从而造成了其应力应变曲线的“阶梯式”变化, 即图3中展示的应力交替下降并升高的趋势. 当应变继续升高至e = 0.5, 展平的石墨烯层中面内应变也达到了材料的本征断裂极限, 陆续发生断裂, 图6中紫色框标示出了若干破坏位置. 这部分的断裂失效将使可承载的石墨烯层数目逐渐减少, 给整体的力学性能带来不可逆的损伤. 这可以从之后不断下降的应力应变曲线趋势中看出. 当所有的石墨烯层均发生断裂破坏后, 整体多层折叠石墨烯结构将最终失去承载能力, 应力值也接近于0.对于T a = 1500 K的多层折叠石墨烯, 图7也展示了详细的结构随应变的演化过程. 经过T a = 1500 K的退火处理后, 层间碳-碳交联键的密度得以提高, 达到总体键数目的0.55%. 折叠区域中也出现了明显的层间交联. 当e = 0.1时, 可以观察到红色框所示的部分折叠区域未能如同T a = 300 K时那样顺利展开. 这是由于更致密的层间交联强化了折叠区域中层间界面的剪切强度,抑制了因层间滑移造成的折叠展开. 在同样e = 0.1的情况下对比T a = 300 K和1500 K的结果, 可以发现更多的层间交联保证了整体微观结构在局部的稳定. 对于折叠的石墨烯层, 其面内应变对于整体应变的贡献也相应增加, 在相同的整体应变下, 其面内应变要高于T a = 300 K时的值. 由于石墨烯面内共价键作用强度远大于层间范德瓦耳=0=0.10=0.35=0.50a=300 K图 6 退火温度T a为300 K下多层折叠石墨烯的微观结构演化Fig. 6. Atomic structural evolution of multilayer folded graphene under the annealing temperature T a at 300 K.斯作用强度, T a = 1500 K时整体结构的弹性模量也将高于T a = 300 K时的值. 类似的层间作用影响力学性能的现象也被发现于其他的石墨烯三维聚集体中, 例如, Jia等[13]发现, 规则折叠石墨烯的弹性模量和拉伸强度均随着层间作用的势能的增大而提升. 有关热解碳和石墨烯纤维的相关研究也报道了石墨烯层间sp3键交联的增多将给整体的强度和模量带来显著的提升[8,9]. 这些现象与本研究中不同退火温度下的结果相吻合. 当应变增大至末期e = 0.45时, 可以观察到大量的石墨烯层发生断裂破坏, 此时失效的石墨烯残余结构中仍存有部分未展开的折叠区域, 如图7中红色框所示.由于这部分折叠区域至始至终都出于锁定状态无法展开, 抑制了整体随拉伸的延长, 因此整体的延展性将相比于T a = 300 K时出现降低.当退火温度升高至T a = 2500 K时, 从图8中可以观察到, 所得到的多层折叠石墨烯内充满了大量的层间碳-碳键交联, 其密度相比于T a = 1500 K 进一步上升, 占总体键数目的比例升高至1.42%.当应变e = 0.1时, 几乎所有的折叠区域均保持初始的折叠形态, 由于更加紧密的层间交联未能随着外加的拉伸应变而展开. 这种结构上的差异也造成了T a = 2500 K时相对最高的整体弹性模量与拉伸强度. 当应变增大至e = 0.35时, 断裂失效首先萌发于石墨烯层中的点缺陷处并迅速扩展, 致使整体结构承载能力不可逆的毁坏. 与较低退火温度下的结构演化结果进行对比(图6), 较高退火温度下结构的破坏模式呈现出不同的特征, 主要体现于失效的起始阶段由石墨烯的层间滑移转变成了石墨烯的面内断裂. 这说明该温度下的退火处理使得石墨烯折叠中的层间作用强度超过了面内缺陷处的强度. 直到彻底失去承载能力后, 整体结构中还存在大量的折叠区域仍未展开, 因此进一步削弱了整体多层折叠石墨烯的延展性.通过以上分子动力学模拟研究可以看出, 更高的退火温度将引入更密集的层间交联, 从而强化了层间的相互作用, 抑制了折叠区域的形态展开, 进而改变了结构破坏的模式, 因此造成了整体多层折叠石墨烯模量与强度的升高以及延展性的降低, 并通过综合作用使其断裂韧性出现先增强后下降的变化趋势.4 结 论本文通过分子动力学模拟方法, 针对石墨烯组装材料中普遍存在的折叠微观结构以及其常用的退火处理工艺, 研究了退火温度对多层折叠石墨烯拉伸力学性能的影响. 结果表明, 经过更高的退火温度处理后, 多层折叠石墨烯的模量和强度将得到提升, 但其延展性出现削弱, 并且其断裂韧性在一定的退火温度范围内得以增强. 进一步观察微观结构的演化过程, 研究发现该力学性能的改变归因于不同退火温度处理后石墨烯层间交联密度的变化.更高的退火温度将造成更高的层间交联密度, 抑制了折叠区域的形态展开, 使得结构破坏的起始位置由石墨烯层间转移至石墨烯面内, 进而造成了宏观力学性能的差异. 本研究从机理上验证了退火处理工艺能够有效调控石墨烯宏观材料的力学性能, 为其功能化设计、性能优化及实际应用提供新的思路和手段.参考文献W ei Y J, Yang R G 2019 Natl. Sci. Rev. 6 324[1]L ee, C, Wei X D, Kysar J W, Hone J 2008 Science 321 385 [2]=0=0.10=0.45图 7 退火温度T a为1500 K下多层折叠石墨烯的微观结构演化Fig. 7. Atomic structural evolution of multilayer folded graphene under the annealing temperature T a at 1500 K.a=2500 K=0=0.10=0.35图 8 退火温度T a为2500 K下多层折叠石墨烯的微观结构演化Fig. 8. Atomic structural evolution of multilayer folded graphene under the annealing temperature T a at 2500 K.C ao K, Feng S Z, Han Y, Gao L B, Ly T H, Xu Z P, Lu Y2020 Nat. Commun. 11 284[3]S him J, Yun J M, Yun T, Kim P, Lee K E, Lee W J, R R,Pine D J, Yi G R, Kim S O 2014 Nano Lett. 14 1388[4]L i P, Yang M C, Liu Y J, Qin H S, Liu J R, Xu Z, Liu Y L,Meng F X, Lin J H, Wang F, Gao C 2020 Nat. Commun. 112645[5]X iao P, Gu J C, Wan C J, Wang S, He J, Zhang J W, HuangY J, Kuo S W, Chen T 2016 Chem. Mater. 28 7125[6]X u Z, Gao C 2015 Mater. Today 18 480[7]Z hang X, Zhong L, Mateos A, Kudo A, Vyatskikh A, Gao HJ, Greer J R, Li X Y 2019 Nat. Nanotechnol. 14 762[8]Z hong L, Gao H J, Li X Y 2020 Extreme Mech. Lett. 37100699[9]P eng L, Xu Z, Liu Z, Guo Y, Li P, Gao C 2017 Adv. Mater.29 1700589[10]Z hang J, Xiao J L, Meng X H, Monroe C, Huang Y G, Zuo JM 2010 Phys. Rev. Lett. 104 166805[11]D eng J F, Li H Q, Yu F, Liang Q 2020 Acta Phys. Sin. 69076802 (in Chinese) [邓剑锋, 李慧琴, 于帆, 梁齐 2020 物理学报 69 076802][12]J ia X Z, Liu Z, Gao E L 2020 npj Comput. Mater. 6 13[13]A hn Y, Kim J, Ganorkar S, Kim Y H, Kim S I 2016 Mater.Express 6 69[14]G rimm S, Schweiger M, Eigler S, Zaumseil J 2016 J. Phys.Chem. C 120 3036[15]L iu Y J, Liang C, Wei A R, Jiang Y Q, Tian Q S, Wu Y, XuZ, Li Y F, Guo F, Yang Q Y, Gao W W, Wang H T, Gao C 2018 Mater. Today Nano 3 1[16]R uiz L, Xia W J, Meng Z X, Keten S 2015 Carbon 82 103[17]S hen Y K, Wu H A 2012 Appl. Phys. Lett. 100 101909[18]L iu F, Song S Y, Xue D F, Zhang H J 2012 Adv. Mater. 241089[19]U geda M M, Fernández-Torre D, Brihuega I, Pou P,Martínez-Galera A J, Pérez R, Gómez-Rodríguez J M 2011Phys. Rev. Lett. 107 116803[20]S tuart S J, Tutein A B, Harrison J A 2000 J. Chem. Phys.112 6472[21]H e X, Bai Q S, Bai J X 2016 Acta Phys. Sin. 65 116101 (inChinese) [何欣, 白清顺, 白锦轩 2016 物理学报 65 116101][22]P limpton S J 1995 J. Comput. Phys. 117 1[23]H e Z Z, Zhu Y B, Xia J, Wu H A 2019 J. Mech. Phys. Solid133 103706[24]W u K J, Song Z Q, He L H, Ni Y 2018 Nanoscale 10 556[25]Z hang T, Li X Y, Gao H J 2014 Extreme Mech. Lett. 1 3[26]Z hang P, Ma L L, Fan F F, Zeng Z, Peng C, Loya P E, LiuZ, Gong Y J, Zhang J N, Zhang X X, Ajayan P M, Zhu T 2014 Nat. Commun. 5 3782[27]W ang G R, Dai Z H, Wang Y L, Tan P H, Liu L Q, Xu Z P,Wei Y G, Huang R, Zhang Z 2017 Phys. Rev. Lett. 119036101[28]Manipulations on mechanical properties of multilayer folded graphene by annealing temperature:a molecular dynamics simulation study*Li Xing -Xin Li Si -Ping †(Department of Engineering Mechanics, School of Naval Architecture, Ocean and CivilEngineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)( Received 2 June 2020; revised manuscript received 28 June 2020 )AbstractAnnealing is a commonly used fabrication technology of graphene-assembled materials, which serves as an efficient method to control material properties. In graphene-assembled materials, the multilayer folded configuration of graphene has been widely observed due to the two dimensional characteristic of graphene. However, the manipulation on the mechanical properties of graphene-assembled materials by annealing has not been fully understood yet, especially considering the effect of folded microstructures. In this paper, we focus on the effect of annealing temperature on the mechanical properties of multilayer folded graphene. The dependences of elastic modulus, tensile strength, ultimate strain and fracture toughness on the annealing temperature have been systematically studied by molecular dynamics simulations. Moreover, the mechanisms behind the manipulations by annealing temperature have been revealed combining the structural evolutions obtained from the simulations. Our results indicate that the multilayer folded graphene after annealing under higher temperature exhibits significant reinforcement on its elastic modulus and tensile strength, while its ultimate strain drops instead. The fracture toughness is enhanced only within a certain range of annealing temperature. The controllable mechanical properties are attributed to the formation of interlayer covalent bonds between carbon atoms belonging to adjacent layers during the annealing processing. With the annealing temperature increases, more interlayer crosslinks are observed from simulations, which greatly strengthens the interlayer interaction. For the cases with lower annealing temperature, the folded graphene can be unfolded easily then finally flattened under tensile stretch, and the structural failure originates from the interlayer slippage in the folded area. However, for the cases with higher annealing temperature, the unfolding deformation is prevented since the folded graphene is blocked by much denser interlayer crosslinks, and the origins of structural failure transforms to the intralayer fracture in graphene plane. Considering the intralayer covalent bond interaction is far more powerful than the interlayer van der Waals interaction, the higher annealing temperature will bring higher elastic modulus and tensile strength due to the change on the structural failure mode, but it will sacrifice the ductility at the same time due to the blocked unfolding process of folded area. It is confirmed in our study that the annealing is an effective approach for the synthetic modulation on the stiffness, strength, ductility and toughness of multilayer folded graphene.Keywords: multilayer folded graphene, annealing temperature, mechanical property, molecular dynamics simulationPACS: 61.48.Gh, 02.70.Ns, 46.15.–x, 46.50.+a DOI: 10.7498/aps.69.20200836* Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51878407).† Corresponding author. E-mail: lisp@。
《2024年Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》范文
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》篇一一、引言非晶合金作为一种具有独特物理和化学特性的材料，近年来在材料科学领域受到了广泛关注。
Zr65Cu35非晶合金作为其中的一种典型代表，其结构特性和动力学行为的研究对于理解非晶合金的通用性质具有重要意义。
本文采用分子动力学模拟方法，对Zr65Cu35非晶合金的结构及动力学行为进行了深入研究。
二、Zr65Cu35非晶合金的分子动力学模拟方法1. 模型构建分子动力学模拟的准确性依赖于所构建的模型。
本研究所采用的模型为Zr65Cu35非晶合金的原子模型，其中锆原子和铜原子以给定比例随机分布在模拟空间中。
为了更好地模拟真实情况，我们采用了合理的边界条件和初始条件。
2. 模拟过程模拟过程中，我们采用合适的力场描述原子间的相互作用，并通过经典分子动力学方法进行求解。
模拟过程包括系统平衡、数据采集和数据分析等步骤。
我们通过调整温度、压力等参数，以获得不同条件下的非晶合金结构及动力学行为。
三、Zr65Cu35非晶合金的结构特性通过分子动力学模拟，我们得到了Zr65Cu35非晶合金的原子构型。
从微观角度看，非晶合金的结构与晶体合金相比具有无序性，呈现出典型的短程有序、长程无序的特性。
具体来说，我们观察到在非晶合金中，锆原子和铜原子相互交错排列，形成了一种无序但具有一定规律的原子排列方式。
此外，我们还发现非晶合金中存在大量的缺陷结构，如空位、位错等，这些缺陷对于非晶合金的力学性能具有重要影响。
四、Zr65Cu35非晶合金的动力学行为在分子动力学模拟中，我们通过计算原子的运动轨迹和速度分布等参数，得到了非晶合金的动力学行为。
我们发现，在室温下，非晶合金中的原子运动呈现出明显的无序性，且具有较高的扩散性。
此外，我们还观察到在温度升高时，原子的运动速度和扩散性均有所增加。
这些结果表明，Zr65Cu35非晶合金具有良好的热稳定性和力学性能。
五、结论本文通过分子动力学模拟方法对Zr65Cu35非晶合金的结构及动力学行为进行了深入研究。
石墨烯薄膜拉伸性能的分子动力学模拟_韩强
收稿日期: 2011-06-20 8151064101000002 ) * 基金项目: 广东省自然科学基金资助项目( 10151064101000062 ， )， mail: emqhan@ scut． edu． cn 作者简介: 韩强( 1963男， 教授， 博士生导师， 主要从事非线性动力学研究． E-
第 40 卷 第 2 期 2012 年 2 月
华南理工大学学报( 自然科学版) Journal of South China University of Technology ( Natural Science Edition)
Vol． 40 No． 2 February 2012
565X( 2012 ) 02-0029-06 文章编号: 1000-
［1 ］ 自从碳纳米管 ( CNTs) 被发现以来， 由于其在 力学、 化学、 热力学 和电 学 等 方 面 具 有 的 独 特性 质， 使得纳米研究成为 当 今 世 界 的 热 点 问题 之 一． 近 年 ［2 ］ 来， 随着单 层石墨烯 的 制 备 成 功， 引 发了 新 的碳 2 ． 质材料的研究热潮 单层石墨烯是以 sp 轨道杂化的 碳 原 子 形 成 的 蜂 窝 状 六 角 平 面 晶 体， 厚度仅为 0． 335 nm， 其中 C —C 键键 长 约 为 0． 142 nm， 为目 前 ［3 ］ 世界上存 在 的 最 薄的 材 料． 理 论 计 算 表明， 单层 是普通 石墨烯的弹性模 量 在 700 ～ 1 000 GPa 之 间， 钢材的 5 倍．
1
1． 1
分子动力学模拟
单层、 多层石墨烯的物理模型
文中 采 用 的 单 层石墨烯薄膜 尺寸列 于 表 1 中． L x 表示单层石墨烯 x 方向的长度， L y 表示 单 层 其中 ， y ． 石墨烯 方向的长度 图 1 所 示 为 单 层石墨烯的 原 子构 型 图． 可 以 看 出: 当对薄膜进行 x 方向拉伸时， 相当于分析扶 手 椅 型石墨烯的拉伸性能; 当对薄膜进行 y 方向拉伸 时， 相当于分析锯齿型石墨烯的拉伸性能．
GROMACS分子动力学模拟并行计算的研究与实现
４不同并行环境ＧＲＯＭＡＣＳ的实现
在使用ＧＲＯＭＡＣＳ进行分子动力学模拟时， 控制分子动力学模拟的参数文件称为ｍｄｐ
（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）文件。该文件
ｆｏｒＡＩＸ
５Ｌ，编译器是ＩＢＭ
Ｆｏｒｔｒｏｎ，
我们在上述三个环境中分别用ｌｎｐ、２ｎｐ、４ｎｐ 和８ｎｐ进行了计算，前两种并行环境计算任务提 交的过程中我们使用了Ｔｏｒｑｕｅ作业调度软件，作 业脚本分别是
ＧＲＯＭＡＣＳ一分子动力学模拟并行计算的研究与实现
陈文波张洋刘
鑫李廉
（兰州大学通信网络中心甘肃兰州７３００００）
（ｈｐｃ＠ｌｚｕ ｅｄｕ ｃｎｊ
摘要：随着生物化学研究领域的应用对速度和 内存资源需求的增高，并行计算已经成为解决该 问题的有效手段．．与并行计算相结合的分子模拟， 已经作为一种研究探索手段被许多科研工作者广
ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｉｎ
ａｓ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
。基金项甘：ｌ司家自然科学基金委员会以及“ｌ刊家科技基础条件平 台”资助项目：计算化学Ｅ—ＳＣＩＥＮＣＥ毋ｆ究与不范应用（９０６１２０１６）。
ｐａｒａｌｌｅｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｓｕｃｈ
ＬＡＭ／ＭＰＩ，ＭＰＩＣＨ２
７
被广泛的应用于新型材料研制、化学Ｔ艺模拟、 大分子生物制药等领域，成为微观模拟的一个主
ｉｎｔｅｒｉｈｃｅ）是一个消息
操作系统半台执行并行程序。它把ＲＳ／６０００系统 的处理器叫做处理器节点，当用户执行并行程序 时，并行任务就分配到处理器节点上，处理器节 点在同一个网络，凶此并行任务能同步的通信和 交换数据。ＰＥ支持两种基本的并行程序模式
一ＳＰＭＰ／ＭＰＭＤ。ＳＰＭＰ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
基于TKX-50的PBXs含能材料力学性能计算模拟
关键词：TKX-50；高聚物粘结炸药；分子动力学模拟；力学性能
中图分类号：O631；O641
文献标识码：A
文章编号：1002-4956(2021)03-0061-08
Computational simulation of mechanical properties of PBXs energetic materials based on TKX-50
基于 TKX-50 的 PBXs 含能材料力学性能计算模拟
杨 犁，余庚泽，余 晨，孙 炜
（武汉工程大学 绿色化工过程教育部重点实验室和湖北省新型反应器与绿色化学 工艺重点实验室，化工与制药学院，湖北 武汉 430205）
摘 要：在含能材料中添加高分子粘结剂来制备高聚物粘结炸药（PBXs）是改善其力学性能的一种重要手段。
ISSN 1002-4956 CN11-2034/T
实验技术与管理 Experimental Technology and Management
第 38 卷 第 3 期 2021 年 3 月 Vol.38 No.3 Mar. 2021
DOI: 10.16791/ki.sjg.2021.03.013
Engineering and Pharmacy, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430205, China)
交联环氧树脂拉伸性能的分子动力学模拟
交联环氧树脂拉伸性能的分子动力学模拟
杨海霞;王梓霖;孙付宇;高如月;付一政
【期刊名称】《工程塑料应用》
【年(卷),期】2022(50)12
【摘要】采用分子动力学(MD)模拟方法研究了交联环氧树脂的拉伸性能。
首先利用Perl脚本通过Materials Studio(MS)分子模拟软件构建了不同交联度的交联环氧树脂模型,然后对交联模型进行单轴拉伸,得到模型的应力-应变图,分析了拉伸过程中应力-应变行为,能量变化和微观结构等的变化情况。
研究表明,拉伸强度随交联度的增大而增大;由于三维交联网络的限制,导致拉伸过程中模型的微观结构变化并不十分明显;在拉伸过程中,体系应变主要引起了范德华(vdW)相互作用的改变。
研究成果可以为热固性树脂的性能改性提供理论依据。
【总页数】5页(P113-117)
【作者】杨海霞;王梓霖;孙付宇;高如月;付一政
【作者单位】山西工程科技职业大学信息工程学院;中北大学材料科学与工程学院;天津金发新材料有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ015.9
【相关文献】
1.交联环氧树脂热力学性能的分子模拟
2.交联度对酸酐固化环氧树脂热机械性能影响的分子动力学模拟
3.功能化掺杂对交联环氧树脂/碳纳米管复合材料热力学性能
影响的分子动力学模拟4.TGDDM/DDS交联环氧树脂的分子动力学模拟5.分子数对交联环氧树脂体系特性影响的分子动力学模拟
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《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》范文
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》篇一一、引言非晶合金因其独特的结构和优异的性能在材料科学领域中受到了广泛的关注。
Zr65Cu35非晶合金作为一种典型的金属玻璃，其结构和动力学行为的研究对于理解非晶合金的通用性质和开发新型非晶材料具有重要意义。
本文利用分子动力学模拟方法，对Zr65Cu35非晶合金的结构及动力学行为进行了深入的研究。
二、模型与方法分子动力学模拟是一种通过计算大量粒子的相互作用来模拟物质结构和性质的方法。
在本文中，我们使用LAMMPS（大规模原子分子并行模拟器）进行模拟。
首先，我们构建了Zr65Cu35非晶合金的模型，其中Zr和Cu原子随机分布。
然后，我们使用合适的势函数来描述原子间的相互作用。
在模拟过程中，我们首先对系统进行能量最小化处理，以获得稳定的初始结构。
然后，在恒温恒压条件下进行长时间的模拟，以观察非晶合金的动态行为。
我们通过计算径向分布函数、配位数等参数来分析其结构特征，并使用自相关函数等手段来研究其动力学行为。
三、Zr65Cu35非晶合金的结构特征通过对Zr65Cu35非晶合金的模拟结果进行分析，我们发现其结构具有明显的无序性。
径向分布函数表明，原子间的距离分布呈现出宽峰和宽谷的特征，这与非晶态材料的短程有序、长程无序的特点相符合。
此外，我们还发现配位数随着原子间距离的增加而逐渐减小，这表明非晶合金中的原子并非完全随机分布，而是存在一定的有序性。
四、Zr65Cu35非晶合金的动力学行为在分子动力学模拟中，我们观察到Zr65Cu35非晶合金的原子运动具有明显的异质性。
自相关函数显示，原子的运动呈现出快速和慢速两种模式，这表明非晶合金中的原子并非同时进行运动，而是存在一定的动力学异质性。
此外，我们还发现非晶合金的局部结构对其动力学行为具有重要影响，局部结构的稳定性会影响原子的运动速度和运动模式。
五、结论通过对Zr65Cu35非晶合金的分子动力学模拟，我们深入研究了其结构和动力学行为。
利用分子动力学模拟研究材料力学性能
利用分子动力学模拟研究材料力学性能引言：材料力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为，对于材料设计和应用具有重要意义。
随着计算机技术的发展，分子动力学模拟成为一种有效研究材料力学性能的方法。
本文将以分子动力学模拟为基础，探讨材料力学性能的研究方法和应用。
1. 分子动力学模拟简介分子动力学模拟是一种以牛顿力学为基础，通过模拟材料中原子和分子的运动来研究材料性质的方法。
它可以实现对材料的结构、能量、力学性能等多个方面进行研究。
分子动力学模拟基于原子的尺度，通过求解牛顿运动方程，模拟原子间的相互作用和运动轨迹。
2. 分子动力学模拟在材料力学性能研究中的应用2.1 材料的力学性质研究分子动力学模拟可以通过计算应力应变曲线、弹性模量、屈服强度和断裂韧性等力学性质，来评估材料的力学性能。
在研究中，我们可以改变原子的初始位置、应用外力或者改变温度等条件，模拟材料的力学响应过程，并得到与实验结果相符合的数据。
这些数据可以为材料设计和工程应用提供重要参考。
2.2 界面和缺陷研究材料中的界面和缺陷对力学性能有重要影响。
利用分子动力学模拟可以揭示界面的形成、稳定性和力学行为等。
例如，通过模拟晶界和颗粒界面的生成和迁移过程，可以研究材料的晶界塑性和断裂行为。
此外，分子动力学模拟还可以研究缺陷如位错、空位和夹杂物等对材料力学性能的影响。
3. 分子动力学模拟的优势和限制3.1 优势分子动力学模拟具有以下优势：①可以模拟材料在原子级别的行为，可以提供精确的局部信息；②能够模拟多尺度问题，从纳米到宏观材料性能；③可通过改变条件来预测材料在不同环境下的性能；④节省成本和时间，避免传统实验中的大量试错。
3.2 限制分子动力学模拟也存在一些限制：①需要建立合理的原子模型和相互作用势函数，这对于复杂体系来说是挑战；②受到计算资源等约束，模拟时间和空间尺度有限；③需要验证和修正模拟结果，因为理论模型和实验结果之间可能存在差异。
4. 分子动力学模拟研究材料力学性能的前景随着计算能力的提高和模拟方法的不断发展，分子动力学模拟将在材料力学性能研究中发挥更重要的作用。
《Al_xCoCrFeNi高熵合金力学性能的分子动力学模拟》范文
《Al_xCoCrFeNi高熵合金力学性能的分子动力学模拟》篇一一、引言高熵合金作为一种新型的金属材料，因其独特的物理和化学性质，近年来在材料科学领域受到了广泛的关注。
AlxCoCrFeNi 高熵合金作为一种典型的多元合金体系，其力学性能的研究对于了解其实际应用潜力具有重要意义。
本文利用分子动力学模拟方法，对AlxCoCrFeNi高熵合金的力学性能进行了深入的研究。
二、材料与方法1. 分子动力学模拟方法分子动力学模拟是一种基于牛顿力学原理的计算机模拟方法，可以用于研究材料的微观结构和力学性能。
在本研究中，我们采用了LAMMPS（大规模原子/分子并行模拟器）进行模拟。
2. 模型构建与参数设置根据AlxCoCrFeNi高熵合金的化学成分，我们构建了相应的原子模型。
在模拟过程中，我们考虑了原子间的相互作用力，并采用了嵌入原子法（EAM）势函数来描述原子间的相互作用。
此外，我们还设置了适当的温度和压力条件，以模拟实际材料的使用环境。
三、结果与讨论1. 力学性能分析通过分子动力学模拟，我们得到了AlxCoCrFeNi高熵合金的应力-应变曲线。
从曲线中可以看出，该合金具有较高的屈服强度和延伸率，表现出良好的塑性变形能力。
此外，我们还发现，随着Al含量的增加，合金的屈服强度呈现出先增大后减小的趋势。
2. 微观结构分析为了进一步了解AlxCoCrFeNi高熵合金的力学性能，我们对其微观结构进行了分析。
通过观察原子排列和相结构的变化，我们发现，该合金具有较为复杂的相结构，包含面心立方（FCC）、体心立方（BCC）等不同类型的晶体结构。
这些相结构之间的相互作用和演变对合金的力学性能产生了重要影响。
3. 影响因素分析在本研究中，我们还探讨了合金成分、温度和压力等因素对力学性能的影响。
我们发现，合金成分的改变会显著影响其力学性能，而温度和压力的变化也会对其产生一定的影响。
这些因素的综合作用使得AlxCoCrFeNi高熵合金具有丰富的力学性能表现。
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》范文
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》篇一一、引言非晶合金作为一种具有独特物理和化学特性的材料，近年来在材料科学领域受到了广泛关注。
Zr65Cu35非晶合金作为其中的一种典型代表，其结构特性和动力学行为的研究对于理解非晶合金的宏观性能具有重要的意义。
本文采用分子动力学模拟的方法，对Zr65Cu35非晶合金的结构及动力学进行了深入的研究。
二、分子动力学模拟方法分子动力学模拟是一种基于经典力学的计算机模拟方法，可以用于研究物质的微观结构和动力学行为。
在本文中，我们采用了一种适合非晶合金研究的分子动力学模拟方法。
该方法首先通过随机分布的方式生成Zr65Cu35合金的初始结构，然后通过逐步调整原子间的相互作用力，使系统达到平衡状态。
在模拟过程中，我们采用了合适的势能函数和温度控制方法，以保证模拟结果的准确性。
三、Zr65Cu35非晶合金的结构特性通过分子动力学模拟，我们得到了Zr65Cu35非晶合金的微观结构。
在非晶合金中，原子没有长程有序的排列，而是呈现出一种短程有序、长程无序的结构特点。
我们对模拟结果进行了进一步的分析，发现Zr65Cu35非晶合金中存在大量的五角多面体和紧密堆积的原子结构，这些结构是非晶合金具有高强度和高硬度的主要原因。
此外，我们还发现非晶合金中存在着一定的局域结构不均匀性，这种不均匀性对于非晶合金的力学性能和物理性能具有重要的影响。
四、Zr65Cu35非晶合金的动力学行为非晶合金的动力学行为是指其原子在微观尺度上的运动和相互作用过程。
通过分子动力学模拟，我们观察到Zr65Cu35非晶合金中原子在高温下的快速运动和在低温下的缓慢运动过程。
此外，我们还研究了非晶合金在受到外力作用时的原子响应过程，包括原子间的相互作用和应力传递等过程。
这些研究有助于我们深入理解非晶合金的力学性能和物理性能。
五、结论通过分子动力学模拟，我们研究了Zr65Cu35非晶合金的结构特性和动力学行为。
合金材料的力学性能研究分子动力学模拟与实验验证
合金材料的力学性能研究分子动力学模拟与实验验证引言：合金材料在现代工程领域发挥着至关重要的作用，其力学性能研究对于改善合金材料的设计和应用至关重要。
分子动力学模拟作为一种有效的研究手段，能够深入了解合金材料的力学性能，为实验验证提供重要的参考。
本文将讨论如何通过分子动力学模拟研究合金材料的力学性能，并结合实验验证来进一步验证分子动力学模拟的准确性及可靠性。
第一部分：分子动力学模拟的基本原理与方法分子动力学模拟基于牛顿力学，通过模拟原子或分子之间的相互作用来研究材料的力学性能。
其基本原理是在一定温度和压力条件下，通过求解牛顿方程来模拟原子或分子运动的轨迹和相互作用。
首先，需要建立合金材料的原子模型。
这可以通过实验技术如透射电子显微镜（TEM）进行观察，或者通过从头计算方法获取原子坐标、能量和力的信息。
然后，需要确定模拟系统的边界条件，如周期边界条件或固定边界条件。
接下来，我们需要选择合适的分子动力学模拟软件，如LAMMPS、GROMACS等。
在模拟过程中，需要设定模拟系统的初始状态，并模拟温度、压力以及外加的力场等因素。
模拟过程中，根据模型的预测结果，可以计算出合金材料的力学性能参数，如弹性常数、屈服强度、断裂韧性等。
通过大量重复的模拟计算，可以获得统计意义上的结果，并进一步分析和解释合金材料的力学性能。
第二部分：分子动力学模拟在合金材料力学性能研究中的应用1. 弹性性能研究分子动力学模拟可以计算合金材料的弹性常数，包括杨氏模量和剪切模量。
通过模拟不同温度和压力条件下的合金材料，可以研究其弹性性能的温度和压力依赖性，进一步预测合金材料在不同环境下的力学性能。
2. 屈服强度研究模拟过程中，可以施加外加的应力或应变来研究合金材料的屈服行为。
通过模拟不同应力和变形速率条件下的合金材料，可以计算出屈服强度，并预测合金材料的变形行为和塑性形变机制。
3. 断裂行为研究分子动力学模拟可以模拟合金材料的断裂行为，如断裂韧性、断裂强度等。
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》范文
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》篇一一、引言非晶合金作为一种具有独特物理和化学特性的材料，近年来在材料科学领域引起了广泛的关注。
Zr65Cu35非晶合金作为一种典型的非晶合金体系，其结构特性和动力学行为对于理解非晶合金的通用性质具有重要价值。
本文利用分子动力学模拟方法，对Zr65Cu35非晶合金的结构和动力学行为进行了深入的研究。
二、分子动力学模拟方法分子动力学模拟是一种基于经典力学的计算机模拟方法，用于研究物质的微观结构和动力学行为。
在模拟过程中，通过求解每个原子的运动方程，可以获得原子在相空间中的运动轨迹，从而了解物质的宏观性质。
对于Zr65Cu35非晶合金的模拟，我们选择了合适的力场和模拟参数，确保模拟结果的准确性和可靠性。
在模拟过程中，我们关注了非晶合金的原子排列、键合作用、能量分布等关键因素。
三、Zr65Cu35非晶合金的结构特性通过分子动力学模拟，我们得到了Zr65Cu35非晶合金的原子排列结构。
非晶合金的原子排列呈现出无序性，与晶体材料相比，其原子排列没有长程有序性。
然而，通过局部分析，我们发现非晶合金中存在短程有序的结构单元。
此外，我们还研究了非晶合金的键合作用。
由于Zr和Cu原子的电负性差异，它们之间形成了较强的金属键合作用。
这些键合作用在非晶合金中形成了复杂的网络结构，使得非晶合金具有较高的强度和硬度。
四、Zr65Cu35非晶合金的动力学行为通过分析原子运动轨迹和能量分布，我们研究了Zr65Cu35非晶合金的动力学行为。
在模拟过程中，我们发现非晶合金中的原子运动呈现出明显的各向异性。
在受到外力作用时，非晶合金中的原子会发生重新排列，从而产生塑性变形。
此外，我们还发现非晶合金具有较高的能量稳定性，这使得其在实际应用中具有较好的耐热性和抗腐蚀性。
五、结论通过分子动力学模拟，我们深入研究了Zr65Cu35非晶合金的结构特性和动力学行为。
非晶合金的无序原子排列和复杂的键合网络使其具有独特的物理和化学性质。
《2024年Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》范文
《Zr65Cu35非晶合金结构及动力学的分子动力学模拟》篇一一、引言非晶合金因其独特的物理、化学及机械性能，在科学研究和实际应用中引起了广泛关注。
其中，Zr65Cu35非晶合金因具有优异的强度和抗腐蚀性能等，被广泛运用于诸多领域。
本文采用分子动力学模拟的方法，针对Zr65Cu35非晶合金的结构及动力学特性进行深入研究。
二、Zr65Cu35非晶合金的分子动力学模拟方法分子动力学模拟是一种基于经典力学原理的计算机模拟方法，通过模拟原子或分子的运动来研究物质的性质和变化规律。
在本文中，我们采用分子动力学模拟的方法来研究Zr65Cu35非晶合金的结构和动力学特性。
首先，构建合理的模拟体系，即建立包含一定数量Zr和Cu 原子的非晶合金模型。
在模型构建过程中，考虑到原子间的相互作用力、热运动等因素的影响，采用周期性边界条件来减少边界效应对模拟结果的影响。
其次，设定合适的初始条件，如温度、压力等。
在模拟过程中，通过调整温度和压力等参数，使系统达到非晶态的稳定状态。
最后，运用分子动力学方法进行模拟计算。
在计算过程中，采用合适的势函数描述原子间的相互作用力，同时考虑温度、压力等物理因素的影响。
通过对系统的热力学性质和动力学特性的分析，可以得到Zr65Cu35非晶合金的结构和动力学信息。
三、Zr65Cu35非晶合金的结构特征通过对Zr65Cu35非晶合金的分子动力学模拟结果进行分析，我们可以得到其结构特征。
首先，Zr65Cu35非晶合金具有无序的结构特点，原子在空间中呈现出无规则的排列。
其次，该合金具有较高的原子密度，原子间距离较小，这使得其具有较高的强度和硬度。
此外，该合金还具有较好的抗腐蚀性能和热稳定性。
四、Zr65Cu35非晶合金的动力学特性通过对Zr65Cu35非晶合金的分子动力学模拟结果的分析，我们可以了解其动力学特性。
该合金的原子运动具有一定的无序性和随机性，同时具有较快的扩散速度和较短的松弛时间。
此外，该合金还具有良好的机械性能和加工性能，能够满足不同应用领域的需求。
《Al_xCoCrFeNi高熵合金力学性能的分子动力学模拟》
《Al_xCoCrFeNi高熵合金力学性能的分子动力学模拟》篇一一、引言高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）是一种新型的合金材料，其独特的物理和化学性质使得它在许多领域有着广泛的应用前景。
AlxCoCrFeNi高熵合金作为其中的一种典型代表，因其具有优良的力学性能、良好的热稳定性和优异的耐腐蚀性等特性而备受关注。
为了更好地了解其力学性能和优化其性能，分子动力学模拟作为一种有效的计算手段被广泛运用于该领域的研究中。
本文旨在通过对AlxCoCrFeNi高熵合金进行分子动力学模拟，深入探讨其力学性能的微观机制。
二、分子动力学模拟方法分子动力学模拟是一种基于经典牛顿力学原理的计算机模拟方法，通过求解系统中所有粒子的运动方程来模拟材料的微观结构和性能。
在本文中，我们采用分子动力学模拟方法对AlxCoCrFeNi高熵合金的力学性能进行模拟研究。
首先，我们构建了AlxCoCrFeNi高熵合金的模型，并确定了模拟所需的参数和边界条件。
然后，我们利用分子动力学软件对模型进行模拟，并通过分析模拟结果来探讨合金的力学性能。
三、模拟结果与分析1. 微观结构分析通过分子动力学模拟，我们得到了AlxCoCrFeNi高熵合金的微观结构图像。
从图像中可以看出，合金中各元素的原子分布均匀，没有明显的相分离现象。
此外，我们还发现合金中存在大量的固溶体和纳米尺度上的析出相，这些结构对合金的力学性能有着重要的影响。
2. 力学性能分析我们通过对模拟得到的应力-应变曲线进行分析，得出了AlxCoCrFeNi高熵合金的弹性模量、屈服强度和断裂强度等力学性能参数。
结果表明，该合金具有较高的强度和良好的塑性。
此外，我们还发现合金的力学性能与其微观结构密切相关，固溶体和析出相的存在对合金的强化机制起到了重要作用。
3. 强化机制分析为了进一步探讨AlxCoCrFeNi高熵合金的强化机制，我们分析了合金中的位错运动、晶界滑移等微观过程。
橡胶拉伸行为的分子动力学模拟
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第6期
何 燕等．橡胶拉伸行为的分子动力学模拟
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1 橡胶分子模型建立 NR 的 主 要 成 分 是 顺 式 -1，4- 聚 异 戊 二 烯，是
一 种 碳 氢 化 合 物，其 化 学 结 构 由 异 戊 二 烯 以 连 续 链的形式构建而成[2]。NR分子链中异戊二烯单元
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51676103，51576102） 作 者 简 介：何 燕（1973—），女，山 东 青 州 人，青 岛 科 技 大 学 教 授，博士，主要从事强化传热与传质方面的研究。 *通信联系人（tangyuanzheng@163. com）
方回转半径变化最大，NR分子模型次之，TPI分子 模型最小，即3种分子链柔顺性由好到劣的顺序为 BR，NR，TPI。
利用分子动力学模拟研究材料力学性能
利用分子动力学模拟研究材料力学性能材料力学性能的研究对于材料科学的发展具有重要意义。
近年来，随着计算机技术的不断进步，分子动力学模拟成为研究材料力学性能的强大工具。
通过模拟材料的原子结构和运动状态，可以深入了解材料的力学行为，并为材料设计和改良提供指导。
分子动力学模拟是一种基于牛顿运动定律的计算方法，通过数值积分来模拟原子间的相互作用及其在时间上的演化。
在模拟过程中，原子之间的势能函数和运动方程起着关键作用。
通过调整势能函数和初速度等参数，可以对材料的物理性质进行描述，例如弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
弹性模量是材料力学性能的重要指标之一。
它反映了材料在受力时的变形能力，即材料在受到外力作用后能够恢复原始形状的能力。
通过分子动力学模拟，可以计算材料的弹性常数和弹性模量。
首先，在模拟中，需要确定材料的晶格结构和原子的初始位置，然后引入外力，模拟材料的应变过程。
根据二次方程拟合计算得到的应力应变曲线，可以得到材料的弹性模量。
屈服强度是材料在达到屈服点后发生塑性变形的能力。
通过分子动力学模拟，可以研究材料在不同外力作用下的塑性变形行为。
在模拟中，材料中的原子会受到外力的作用而发生位移，通过计算位移的大小和方式，可以得到材料的屈服强度。
此外，还可以通过模拟材料的断裂过程来研究材料的断裂韧性。
分子动力学模拟也可以用于研究材料的热膨胀性能。
在模拟中，可以通过控制温度对材料进行加热或降温，观察材料在不同温度下的热膨胀行为。
根据原子的运动状态和位置变化，可以得到材料的线膨胀系数和体膨胀系数，这对于材料的设计和应用具有重要意义。
除了以上提到的材料力学性能研究方向，分子动力学模拟还可以用于研究材料的强度、刚度、黏弹性等性质。
例如，通过模拟材料在不同压力下的变形行为，可以得到材料的强度和刚度。
通过模拟材料的应力松弛过程，可以得到材料的黏弹性性质。
这些研究对于材料的设计和应用具有重要的指导作用。
总之，利用分子动力学模拟研究材料力学性能可以深入了解材料的力学行为，为材料设计和改良提供指导。