基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的納米壓痕技術(shù)研究.pdf

1、本文以分子動(dòng)力學(xué)模擬為主要研究手段，對(duì)單晶Au的納米壓痕過程進(jìn)行了模擬，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。 首先介紹了分子動(dòng)力學(xué)的基本原理，討論了勢(shì)函數(shù)的選擇及運(yùn)動(dòng)方程的求解算法。在此基礎(chǔ)上建立了單晶Au納米壓痕過程的分子動(dòng)力學(xué)模型，模擬中采用Morse勢(shì)函數(shù)描述原子間的相互作用，采用Leap-frog算法求解運(yùn)動(dòng)方程。研究了基體材料在加載和卸載時(shí)形變的差異，接觸載荷和系統(tǒng)勢(shì)能隨壓頭壓入深度的變化關(guān)系，并將加載時(shí)的載荷—位移曲線與經(jīng)典接觸

2、理論曲線進(jìn)行了對(duì)比分析。 研究表明：壓頭逐漸趨近于基體表面時(shí)，基體表面在粘著力的作用下以“突跳”的方式與壓頭迅速接觸；在壓入過程中，基體的變形可分為兩個(gè)特征階段，即初期的彈性變形階段及后期的塑性變形階段；當(dāng)壓頭反向撤離時(shí)，與壓頭相連的基體材料發(fā)生頸縮；卸載時(shí)對(duì)應(yīng)于位移的載荷變化存在著顯著的滯后現(xiàn)象；在壓頭趨近基體過程中，分子動(dòng)力學(xué)模擬所得的載荷比剛性納米接觸理論所得的粘著力要小；當(dāng)壓頭壓入基體過程中，分子動(dòng)力學(xué)模擬所得的載荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)