不同加载速率下氧化铝纳米线弯曲力学行为的分子动力学研究

摘要

采用LAMMPS软件建立弯曲加载下α-Al_(2)O_(3)纳米线的分子动力学(MD)模型,计算并分析不同加载速率下α-Al_(2)O_(3)纳米线的原子应力和应变,揭示加载速率对其弯曲力学行为的影响规律。研究结果表明:α-Al_(2)O_(3)纳米线在不同加载速率下的最大表面应力−转角曲线均可分为弹性变形、塑性变形和破坏3个阶段,弹性极限点可通过加、卸载循环下的曲线对称性来确定;加载速率对α-Al_(2)O_(3)纳米线的塑性变形影响很大,但对弹性模量影响较小;当加载速率增加时,塑性变形阶段缩短,材料更易发生脆性断裂,且弹性极限和强度极限(由直接和间接MD法确定)更加接近。MD模拟结果与改进的弯曲环路试验结果吻合良好,从而验证分子动力学建模和计算方法的有效性。直接MD法是确定在任意加载速率下(无论发生脆性还是韧性断裂)纳米晶须弹性极限和强度极限的有效方法。