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第42卷第7期2015年7月Vol.42,No.7July,2015中国激光CHINESE JOURNAL OF LASERS 超高应变率力学效应下多晶铜的微观塑性变形分子动力学模拟王志龙罗开玉刘月鲁金忠江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013摘要激光冲击强化利用离子体力学效应在金属表面形成较深的残余压应力层，细化表层晶粒，大幅度提高金属抗疲劳、抗磨损和抗腐蚀等机械性能。
目前现有实验手段很难获取超高应变速率下塑性变形过程中微观结构演变的动态过程。
本文采用LAMMPS 软件对在2×107s -1应变率，15ns 的加载时间，300K 温度下的多晶铜塑性变形行为进行分子动力学模拟，获得超高应变速率力学效应下多晶铜塑性变形微观结构的演变过程。
超高应变率下力学效应作用下，形变孪晶是中层错能金属亚微米晶粒细化的主要变形方式。
关键词激光技术;超高应变率;力学效应;塑性变形;分子动力学;多晶铜中图分类号TN249文献标识码Adoi:10.3788/CJL201542.0703005Molecular Dynamics Simulation of Plastic Deformation ofPolycrystalline Cu under Mechanical Effect with Ultrahigh Strain RateWang Zhilong Luo Kaiyu Liu Yue Lu JinzhongSchool of Mechanical Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang,Jiangsu 212013,ChinaAbstract Laser shock processing utilizes mechanical effect with ultrahigh strain rate to generate deeper residualcompressive stress and grain refinement layer,which improves mechanical properties,such as fatigue resistance,wear resistance and corrosion resistance.To date,it is very difficult to present dynamic microstructure evolutionat ultra-short time (several ten nanoseconds)during the plastic deformation at ultrahigh strain rate usingexperimental method.At temperature of 300K,a molecular dynamics of polycrystalline Cu with a loading durationof 15ns at a strain rate of 2×107s -1is conducted to describe the microstructure evolution process with the LAMMPSsoft.Under the mechanical effect of laser shock wave with a ultra-high strain rate,deformation twinning is theimportant microstructure of grain refinement of the alloys with medium stacking fault energy.Key words laser technique;ultrahigh strain rate;mechanical effect;plastic deformation;molecular dynamics;polycrystalline CuOCIS codes 350.3390;310.4925;120.6660收稿日期:2015-01-16;收到修改稿日期:2015-04-07基金项目:国家自然科学基金(51275220)、江苏省杰出青年基金项目(BK20140012)、江苏省“六大人才高峰”高层次人才项目(2014-ZBZZ-015)、江苏省高校自然科学研究重大项目(14KJA460002)、江苏省高校“青蓝工程”骨干教师计划等作者简介:王志龙(1989—)，硕士研究生,主要从事激光表面改性技术方面的研究。
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。
分子动力学模拟在材料力学中的应用近年来，随着计算机技术的快速发展和算力的提升，分子动力学模拟在材料力学研究中的应用越发广泛。
分子动力学模拟是一种基于牛顿力学原理的计算方法，通过模拟原子和分子的运动来研究材料的物理性质和力学行为。
它能够提供材料在微观层面上的详细信息，从而帮助我们深入了解材料的结构和性能。
首先，分子动力学模拟能够帮助我们研究材料的热力学性质。
通过模拟原子和分子的热运动，可以计算出材料的热膨胀系数、热传导性能等重要参数。
这些参数对于材料的设计和工程应用非常关键。
例如，在高温环境下，材料的热膨胀系数会影响到其结构的稳定性和性能的可靠性。
通过分子动力学模拟，我们可以预测材料在不同温度和应变条件下的热膨胀行为，以指导工程实践中的材料选择和设计。
其次，分子动力学模拟还可以用于研究材料的力学行为。
材料的力学性能对于各种工程应用至关重要。
分子动力学模拟能够提供材料的力学性质，如弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
通过改变原子之间的相互作用势能和微观结构，我们可以模拟不同材料的力学行为，并理解其背后的物理机制。
这对于材料的优化设计和性能改进有着重要的意义。
除了研究材料的基本性质外，分子动力学模拟还可以用于研究材料的界面现象和表面反应。
材料的界面现象对于许多工程应用具有重要影响，如在材料的合成、粘接和涂层应用中。
通过模拟原子和分子在界面处的相互作用，我们可以揭示界面的结构特征和化学反应动力学，进而指导材料界面的优化设计和性能改进。
此外，分子动力学模拟还可以用于研究材料的失效行为。
材料的失效行为包括塑性变形、疲劳断裂等现象，对于材料的结构可靠性和寿命有着重大影响。
通过模拟原子和分子的动力学过程，我们可以研究材料在外部载荷下的变形行为和失效机制。
这对于材料的可靠性预测和寿命评估具有重要意义。
然而，分子动力学模拟也存在一些局限性。
首先，由于计算资源的限制，模拟的时间和尺度有一定的限制。
虽然现在的计算机算力有所提高，但研究材料的长时间尺度或复杂系统仍然是一项挑战。
分子动力学方法计算应力应变
分子动力学方法是一种计算物质分子运动的方法，可以用来模拟物质的物理和化学性质。
用于计算应力应变的方法有很多种，其中一种是通过在分子动力学模拟中计算原子之间的相互作用力来计算应力应变。
具体来说，分子动力学方法可以通过以下步骤来计算应力应变:
1. 准备材料：确定模拟的材料、模拟的几何形状和尺寸、材料的物理和化学性质等。
2. 创建模拟环境：通过分子动力学模拟软件创建一个模拟环境，包括模拟的材料、分子、边界条件等。
3. 计算相互作用力：通过分子动力学模拟软件计算材料中每个分子之间的相互作用力，以确定材料的应力状态。
4. 计算应变：通过分子动力学模拟软件计算材料中每个分子的位移和旋转，以确定材料的应变状态。
5. 分析结果：通过对模拟结果的分析，可以确定材料的应力应变关系，包括材料的应变率、应力、弹性模量等。
分子动力学方法可以用来计算材料的应力应变关系，帮助人们更好地理解材料的力学行为，并为材料设计和应用提供有用的信息。
分子动力学模拟金属离子解释说明1. 引言1.1 概述本文将介绍分子动力学模拟在金属离子研究中的应用。
金属离子作为一种重要的离子形态，在材料科学、生物医学和环境保护等领域具有广泛的应用。
通过分子动力学模拟技术，我们可以模拟金属离子在溶液中的结构和行为，从而深入了解其物理化学特性及其与周围环境的相互作用机制。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先在引言中概述了文章的内容和意义，并介绍了各章节的主要内容。
然后，在第二章中详细介绍了分子动力学模拟原理以及金属离子的特性与行为。
第三章将重点讨论模拟方法与参数设定，包括选择适当的分子力场和校准参数、控制时间步长和温度、处理边界条件等方面。
接下来，在第四章中，我们将展示并讨论模拟结果，包括金属离子的动态行为演化图示、温度和压力对其性质的影响分析以及离子溶解过程的模拟与解释说明。
最后，在第五章，我们对本文的研究结果进行总结与主要发现阐述，并指出了研究中的不足及改进方向，并探讨了未来金属离子研究的发展方向。
1.3 目的本文的目的是通过分子动力学模拟方法，深入探索金属离子在溶液中的行为和性质，并提供理论基础和参考依据用于进一步实验和应用研究。
通过详细描述模拟方法和参数设定，我们希望能够给读者提供一个清晰的指导，使他们能够正确地使用分子动力学模拟技术来研究金属离子系统。
同时，我们希望通过本文所呈现的模拟结果和讨论，为金属离子相关领域的科学家们提供一些新思路和观点。
2. 分子动力学模拟金属离子2.1 分子动力学模拟原理:分子动力学模拟是一种基于牛顿运动定律的计算方法，它通过数值积分求解原子或分子系统在给定势场下的运动轨迹。
在这个过程中，金属离子的位置、速度和相互作用等信息可以被模拟和记录。
2.2 金属离子的特性与行为:金属离子通常具有正电荷，并且常以溶液中形式存在。
它们在溶剂中会表现出不同的行为，如聚合态、孤立态和配位态等。
此外，金属离子还具有活跃性和可逆性，在化学反应中起着重要作用。
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。
应变率效应破坏机理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在应力学领域中，应变率效应是一个广泛研究的话题。
它指的是在物质受到外部应力作用时，其应变速率会随着时间的推移而发生变化的现象。
简单来说，就是物质的应变速率不是固定不变的，而是会随着时间的推移而改变。
应变率效应是由多种因素共同作用引起的。
其中包括材料的本构关系、温度、应力水平以及时间等因素。
这些因素的变化都会对物质的应变速率产生影响，从而导致应变率效应的出现。
研究人员发现，应变率效应在许多实际应用中都具有重要作用。
例如，在材料加工过程中，控制应变率可以影响材料的塑性变形行为和力学性能。
在工程设计中，了解材料的应变率效应对于预测材料的寿命和性能至关重要。
在地震学领域，应变率效应被广泛应用于地震波的研究和预测中。
本文旨在深入探讨应变率效应的破坏机理。
我们将基于材料科学和物理学的基础知识，对应变率效应的本质进行解析，揭示其背后的物理机制。
通过对破坏机理的深入研究，我们希望能够为实际应用中的材料设计和工程优化提供一定的指导和借鉴。
本文结构如下：首先，我们将对应变率效应进行详细介绍，包括其基本概念、定义和分类。
然后，我们将重点讨论应变率效应的破坏机理，包括应变速率和时间的关系、应变率效应与材料本构关系的关联等。
最后，我们将总结本文的主要内容，并展望应变率效应在未来的研究和应用中的发展前景。
希望通过本文的阐述，能够进一步增加对应变率效应研究的认识，为材料科学和工程技术的发展做出一定的贡献。
文章结构是指文章的组织方式和章节安排，它对于一个长文的阅读和理解起着重要的作用。
本文按照以下结构展开：1. 引言1.1 概述在本节，我们将简要介绍应变率效应和破坏机理的相关概念和背景，以帮助读者更好地理解本文的主题。
1.2 文章结构本文将按照以下章节来展开讨论应变率效应和破坏机理。
首先，我们将介绍应变率效应的定义、原理和影响因素，以帮助读者全面了解该概念。
接着，我们将探讨破坏机理的基本原理和主要类型，并讨论应变率效应对破坏机理的影响。
中国科学技术大学博士学位论文金属熔体与金属玻璃热力学行为的分子动力学模拟姓名：***申请学位级别：博士专业：固体力学指导教师：王秀喜;Moneesh Upmanyu20060501第一章绪论第一章绪论§１．１纳米科学技术一、纳米技术纳米科技（ＮａｎｏＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）是指在纳米尺度（Ｏ．１ｎｍ到１００ｎｍ之间；ｌｎｍ等于１０一９ｍ，大约相当于３、４个原子直径的长度）上研究物质的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉科学与技术。
纳米科技的最终目标是基于原子、分子层次研究、设计和制造产品。
纳米科技是２０世纪８０年代末、９０年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新型学科领域，它将在２ｌ世纪促使几乎所有工业领域发生革命性的变化。
目前所有发达国家都在对纳米科技的研发进行大量投入，试图抢占这一２１世纪科技战略制高点。
早在１９５９年，诺贝尔物理奖获得者ＲｉｃｈａｒｄＦｅｙｎｍａｎ在他著名的演讲【ｌＪ“ＴｈｅｒｅｔＳＰｌｅｎｔｙｏｆＲｏｏｍａｔｔｈｅＢｏｔｔｏｍ”中阐述了基于原子、分子层次制造材料和器件的构想，他预言：“Ｉｃａｒｌ’ｔｓｅｅｅｘａｃｔｌｙｗｈａｔｗｏｕｌｄｈａｐｐｅｎ，ｂｕｔＩｃａｎｈａｒｄｌｙｄｏｕｂｔｔｈａｔｗｈｅｎｗｅｈａｖｅｓｏｍｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｉｎｇｓｏｎａｓｍａｌｌｓｃａｌｅｗｅｗｉｌｌｇｅｔａｉｌｓｕｂｓｔａｎｃｅｓｃａｎｈａｖｅ，ａｎｄｏｆｅｎｏｒｍｏｕｓｌｙｇｒｅａｔｅｒｒａｎｇｅｏｆｐｏｓｓｉｂｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｈａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｎｇｓｔｈａｔｗｅｃａｎｄｏ．’’１９８１年美国麻省理工学院的Ｄｒｅｘｌｅｒ『【２１发表了第一篇关于分子纳米技术的论文，文章提出了人造分子机器的构想。
１９８２年Ｂｉｎｎｉｇ等口】首先研制成功了扫描隧道显微镜（ＳｃａｎｎｉｎｇＴｔｍｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＳＴＭ），为人类在原子尺度上研究物质结构开辟了一条新途径。
第36卷第2期山东建筑大学学报Vol.36No.2 2021年4月JOURNAL OF SHANDONG J1ANZHU UNIVERSITY Apr.2021DO1：lO.12O77/sdjz.2O21.O2.O12分子动力学模拟及其在微晶玻璃中的应用综述李杨打井敏3，武吉伟2,刘立强1（1.山东建筑大学材料科学与工程学院，山东济南250101；2.国家包装产品质量监督检验中心，山东济南250100）摘要:随着计算机性能的显著提高，应用分子动力学模拟研究微晶玻璃体系，有助于深入研究微晶玻璃的性能和推动玻璃产业的发展。
文章概述了分子动力学的发展历史、基本原理，阐述了分子动力学中的有限差分算法和势函数，综述了近年来基于分子动力学模拟获得的关于微观网络结构和微晶玻璃研究中的成果，并展望了微晶玻璃研究过程中分子动力学模拟的发展方向。
关键词:分子动力学模拟;微晶玻璃;应用中图分类号:TQ171.1文献标识码:A文章编号：1673-7644（2021）02-0082-06Overview of molecular dynamics simulation andits application in glass-ceramicsL1Yang1,J1NG Min1，*,WU Jiwei2,L1U Liqiang1(1.School of Material Science and Engineering,Shandong Jianzhu University,Jinan250101,China； 2.NationalSupervision and Inspection Center for Packaging Product Quality,Jinan250100,China)Abstract:With the improvement of computer performance,the application of molecular dynamicssimulation to the study of glass-ceramics system is helpful to explore the properties of glass-ceramicsand promote the development of glass industry.This paper introduces the development history andbasic principle of molecular dynamics,expounds the finite difference algorithm and potential functionin molecular dynamics,summarizes the results obtained in recent years of microstructure and glassceramics based on molecular dynamics simulation,and prospects the development direction ofmolecular dynamics simulation in the study of glass-ceramics.Key words:molecular dynamics simulation；glass-ceramics;application0引言微晶玻璃作为一种新型无机材料,具备优良的化学、力学、机械、光电性能，有着广阔的应用前景,相关研究一直是关注热点［1］。
