第40卷 第1期
2006 年 1 月
西 安 交 通 大 学 学 报
JOURNAL OF XI
′
AN JIA OTONG UNIVERSITY
Vol
.4 0 № 1
Jan
.2006
尺寸效应对纳米银杆拉伸力学特性的影响
陈 丽,刘 恒,虞 烈
(西安交通大学机械工程学院 ,710049 ,西安)
摘要 : 采用分子动力学方法研究了圆柱纳米银杆沿[001]晶向单向拉伸时的力学特性 , 纳米银杆
拉伸时所表现出的特性与其宏观特性基本一致 .拉伸过程分为弹性变形和塑性延展 2 个阶段 :在弹
性变形阶段 ,应力随应变的增大呈线性增大 ;在塑性延展阶段 ,应力则表现出反复振荡 ,系统由一种
结构经错动、滑移演化为另一种结构 ,是造成此种现象的一个重要原因 .研究结果表明 ,随纳米银杆
整体尺寸的增大 ,纳米杆的弹性模量增大、弹性极限应力减小 ,并都随整体尺寸的增大而趋于宏观
值 .随着纳米杆单方向的减小 ,纳米银杆的弹性模量和弹性极限应力均有不同程度的增加 ,并不随
单方向的增加表现出趋于宏观值的一致规律 .
关键词 : 尺寸效应 ;分子动力学 ;纳米杆
中图分类号 :
O
313 ;
TB
383 文献标识码 :
A
文章编号 : 0253?987
X
(2006)01?0101?05
Size Effects on Tension Properties of Silver Nanorod
Chen Li
,
Liu Heng
,
Yu Lie
(
Scho ol of Mechanical Engineering
,
Xi
′
an Jiaotong University
,
Xi
′
an
710049 ,
China
)
Abstract
:
The mechanical characteristics of silver nanorod subjected to
[001]
u niaxial tensile
strain are simulated with molecular dynamics
.
The tension pr operties of na norod are si mi lar to
that of macroscopicmaterial
.
The stress increases line arly as strain gro ws w ithin the pr oce ss of e
-
lastic defor mation
,
a nd the d islocations and slips of structure lead to a stress oscillatio n during the
process of plastic elongation
.
The in fluen ces of si z e effects are in vestigated si multaneously
.
Yo ung
’
s modulus heightens and the elastic ultimate stress decreases with the increasing global
si ze of na noro d
.
B oth of the m app roac h to that o f m acros c opic m aterial as the glob al si z e in cre a
-
ses
,
a nd Young
’
s modulus is enh anced with the redu cing unidire cti onal si z e
,
e
.
g
.,
the height of
nanorod
,
while the elastic ultimate stress increases slightly
.
Th us theincrement of unidirectional
s ize unables th e tensi o n pro perties to c o in cide with tho se of macroscopic materi al
.
Key words
:
siz e e ffe cts
;
molecular dynamic
;
nanorod
在工程中 ,对于轻、薄、短、小这 4 个要素 ,不论
是在产品的制造还是设计上 ,都已成为一股不可抵
挡的趋势 .众多研究发现 ,纳米器件表现出的机械性
能与宏观性能具有一定差异甚至完全不同 ,这主要
是由器件尺寸缩小后所带来的微观尺寸效应所决定
的
[1?3]
.在文献[2] 的研究中 ,发现随着纳米器件尺
寸的缩小 ,其弹性常数将发生改变而偏离宏观值 .可
以想见 ,此时纳米器件受力后所展现出的变形特性
也将随之发生改变 .为进一步探求此种现象和规律 ,
这里以材料力学中最简单、也最本质的受力变形工
况杆拉伸为例 ,研究了尺寸效应对纳米银杆单向受
力变形特性的影响规律 .
1 研究方法
分子动力学(
MD
)方法是研究纳米材料性能的
一种重要的计算机模拟方法 ,其实质是利用牛顿运
动方程来模拟材料内部原子的运动 ,以确定系统内
每个原子在选定势函数下的瞬时位置和速度的变化
收稿日期 :2005?05?08 . 作者简介 :陈 丽(1970～) ,女 ,讲师 ,在职博士生 .
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