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冲击载荷作用下颗粒材料动态力学响应的近场动力学模拟 被引量:33
1
作者 章青 顾鑫 郁杨天 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期56-63,共8页
颗粒材料在冲击载荷作用下的动态力学行为是学术界关注的热点问题.新近问世的近场动力学(peridynamics)理论将材料视为由大量有限体积和有限质量的物质点组成,基于非连续性和非局部作用假定建模,建立空间积分形式的运动方程,自然适应于... 颗粒材料在冲击载荷作用下的动态力学行为是学术界关注的热点问题.新近问世的近场动力学(peridynamics)理论将材料视为由大量有限体积和有限质量的物质点组成,基于非连续性和非局部作用假定建模,建立空间积分形式的运动方程,自然适应于颗粒材料动态力学行为的描述与分析.发展了描述颗粒间接触作用的物质点尺度的排斥力模型,考虑近场动力学方法中非局部长程力特征,改进了近场动力学中的初始微观弹脆性(prototype microelastic brittle,PMB)模型的本构力函数,并消除了原PMB模型中存在的"边界效应"问题.计算分析了冲击载荷作用下碳化钨陶瓷颗粒体系的动态力学响应,得到了不同冲击速度下颗粒体系的冲击波速,PD计算结果与试验结果高度一致;通过颗粒物质点尺度作用描述单颗粒尺度的接触作用,很好地再现了颗粒的转动与平动、颗粒挤压变形以及颗粒破碎等现象;刚性冲击板附近同时存在严重的颗粒破碎与轻微的颗粒损伤,远离冲击板的部分颗粒出现破损,且颗粒破碎主要是由颗粒间挤压、碰撞以及相对滑动剪切作用造成的.研究结果表明,所发展的计算模型和分析方法能很好地反映颗粒材料动态力学行为,具有广泛的应用价值. 展开更多
关键词 近场动力学 颗粒材料 动力响应 冲击破碎
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双材料界面断裂力学模型与实验方法 被引量:14
2
作者 陈瑛 乔丕忠 +1 位作者 姜弘道 任青文 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2008年第1期53-61,共9页
纤维增强聚合物(FRP)质轻、高强,可提高结构的刚度、强度、抗震性能和耐久性,近年来在结构加固及工程改造中得到广泛应用.FRP与传统复合材料之间形成双材料黏结界面,界面断裂特性是决定双材料结构性能的关键因素.对双材料界面裂纹尖端... 纤维增强聚合物(FRP)质轻、高强,可提高结构的刚度、强度、抗震性能和耐久性,近年来在结构加固及工程改造中得到广泛应用.FRP与传统复合材料之间形成双材料黏结界面,界面断裂特性是决定双材料结构性能的关键因素.对双材料界面裂纹尖端应力场理论、界面裂纹模型、黏结界面Ⅰ型、Ⅱ型及混合型断裂试验及理论研究现状进行综合评述和分析.界面模型主要有经典梁/板理论和刚性节点模型、考虑剪切变形的双亚层理论和半刚性节点模型、基于双亚层理论的柔性节点模型、考虑剪切变形的多层亚层理论和多亚层柔性节点模型、弹性地基梁模型以及黏聚模型.还介绍了双材料界面断裂力学在FRP-混凝土研究中的应用. 展开更多
关键词 双材料 界面 断裂 混凝土
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材料力学拉伸和扭转模拟实验课件的研发 被引量:10
3
作者 黄俊 杜成斌 杨辉 《实验技术与管理》 CAS 2008年第1期68-72,共5页
基于Director的多媒体制作平台及其强大的Lingo脚本编程能力,开发了低碳钢和铸铁的拉伸、扭转模拟实验课件,概述了模拟实验课件的特点以及该课件各组成部分的功能,对模拟实验区的一些力学特点和具体实现进行了详细介绍。该套实验课件可... 基于Director的多媒体制作平台及其强大的Lingo脚本编程能力,开发了低碳钢和铸铁的拉伸、扭转模拟实验课件,概述了模拟实验课件的特点以及该课件各组成部分的功能,对模拟实验区的一些力学特点和具体实现进行了详细介绍。该套实验课件可通过网上学习,相对传统实验可以弥补实验资源的不足,提高材料力学实验教学效果。 展开更多
关键词 DIRECTOR LINGO 模拟实验 拉伸 扭转
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纳米单晶α—Fe功能材料的力学性能及破坏机制
4
作者 黄丹 章青 郭乙木 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第A10期3945-3948,共4页
基于修正的镶嵌原子势建立了单晶α-Fe一维纳米线、二维纳米超薄膜和三维纳米固体3种纳米功能材料的物理模型,并采用分子动力学方法研究了其力学性能和变形破坏机制,模拟表明自由表面是影响纳米材料力学行为和睦能及破坏机制的重要因... 基于修正的镶嵌原子势建立了单晶α-Fe一维纳米线、二维纳米超薄膜和三维纳米固体3种纳米功能材料的物理模型,并采用分子动力学方法研究了其力学性能和变形破坏机制,模拟表明自由表面是影响纳米材料力学行为和睦能及破坏机制的重要因素之一。受自由表面断键影响,纳米线和纳米薄膜存在初始应力,系统平均原子能量高于纳米固体;纳米线和纳米薄膜的破坏从表面晶格开始向内部扩展,而纳米固体的拉伸破坏从内部晶格开始。研究得到α-Fe单晶2.87nm×2.87nm纳米线、2.87nm厚的纳米超薄膜和三雏纳米晶固体的屈服强度、拉伸断裂强度和初始拉伸刚度(弹性模量)及可承受变形。纳米金属功能材料的拉伸本构关系与宏观多晶金属相似,存在软化阶段,无明显应力强化过程,与实验结果吻合。 展开更多
关键词 纳米金属 力学性能 分子动力学 破坏机制
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基于分形理论的混凝土材料力学性能研究 被引量:8
5
作者 胡海霞 章青 丁道红 《混凝土》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期31-33,36,共4页
介绍了分形理论、分数维种类及测量方法,然后全面总结了分形理论在混凝土材料中的力学行为、骨料的分布特征、断裂能、孔隙、混凝土材料声发射等诸多方面的应用,最后对其研究前景进行了展望。
关键词 分形理论 分形维数 骨料 混凝土 裂缝
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多体系统动力学运算中提高精度的方法
6
作者 陈延正 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 1990年第3期105-108,共4页
1 四元数范数的规范化多体系统动力分析计算需要对动力学方程及运动学微分方程组联立求解,要进行矩阵点积、义积、坐标变换,数值积分等计算机运算.算出广义生标及其一阶、二阶导数的终值等.这是确定多体系统姿态及动力分析的基本数据.... 1 四元数范数的规范化多体系统动力分析计算需要对动力学方程及运动学微分方程组联立求解,要进行矩阵点积、义积、坐标变换,数值积分等计算机运算.算出广义生标及其一阶、二阶导数的终值等.这是确定多体系统姿态及动力分析的基本数据.系统内物体个数的多少,结构复杂的程度,积分步长的选取,计算方法的选取,计算机本身的字长等因素。 展开更多
关键词 多体系流 动力学 计算
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近场动力学方法及其应用 被引量:156
7
作者 黄丹 章青 +1 位作者 乔丕忠 沈峰 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2010年第4期448-459,共12页
近场动力学(peridynamics,PD)是一种新兴的基于非局部作用思想建立模型并通过求解空间积分方程描述物质力学行为的方法.它兼有分子动力学方法和无网格方法的优点,避免了基于连续性假设建模和求解空间微分方程的传统宏观方法在面临不连... 近场动力学(peridynamics,PD)是一种新兴的基于非局部作用思想建立模型并通过求解空间积分方程描述物质力学行为的方法.它兼有分子动力学方法和无网格方法的优点,避免了基于连续性假设建模和求解空间微分方程的传统宏观方法在面临不连续问题时的奇异性,又突破了经典分子动力学方法在计算尺度上的局限,在宏/微观不连续力学问题分析中均表现出很高的求解精度和效率.首先概述了PD方法的理论基础、建模思路和计算体系;进而介绍了PD方法在不同尺度不连续力学问题中的应用,包括均匀与非均匀材料和结构的大变形、损伤、断裂、冲击、穿透和失稳问题,结晶相变动力学问题以及纳米材料和结构的破坏问题;最后讨论了PD方法在理论、计算和应用等方面值得进一步研究的问题. 展开更多
关键词 不连续问题 数值模拟 近场动力学 非局部模型
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基于近场动力学理论的混凝土轴拉破坏过程模拟 被引量:30
8
作者 沈峰 章青 +1 位作者 黄丹 赵晶晶 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第S1期79-83,共5页
近场动力学PD(Peridynamics)是一种新兴的基于非局部模型描述材料特性的数值计算方法。该方法假定位于连续体内的粒子通过有限的距离与其他粒子相互作用,通过积分计算在一定近场范围(Horizon)内具有一定影响域的材料点之间的相互作用力... 近场动力学PD(Peridynamics)是一种新兴的基于非局部模型描述材料特性的数值计算方法。该方法假定位于连续体内的粒子通过有限的距离与其他粒子相互作用,通过积分计算在一定近场范围(Horizon)内具有一定影响域的材料点之间的相互作用力,而不论位移场的连续与否,避免了传统的局部微分方程求解在面临不连续问题时的奇异性和现有多尺度算法的复杂性。本文概述了PD方法的基本思想、建模方法和计算体系,给出了用近场动力学方法模拟混凝土在轴向拉伸荷载作用下的计算格式。算例结果表明,PD方法可以很好地刻画和模拟混凝土在轴拉情形下的损伤累积与渐进破坏过程.最后讨论了PD方法在理论、计算和应用等方面有待进一步研究的问题. 展开更多
关键词 混凝土结构 近场动力学 轴拉破坏 数值模拟 非局部模型
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近场动力学与有限元的混合建模方法 被引量:11
9
作者 章青 郁杨天 顾鑫 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期441-448,450,共9页
综述了近场动力学与有限元混合建模方法的研究进展,阐明了各种混合建模方法的基本原理与特点,并重点介绍本课题组在近场动力学与有限元方法混合建模方面的研究工作。现有近场动力学与有限元混合建模方法包括位移协调约束、力耦合、混合... 综述了近场动力学与有限元混合建模方法的研究进展,阐明了各种混合建模方法的基本原理与特点,并重点介绍本课题组在近场动力学与有限元方法混合建模方面的研究工作。现有近场动力学与有限元混合建模方法包括位移协调约束、力耦合、混合函数方法以及子模型方法等,除子模型方法外,都可归结为并行式多尺度分析方法,其基本思想是将计算结构划分为近场动力学子域、有限元子域以及两者的交界区域(或重叠区域、或界面单元、或过渡区域)。子模型方法可归结为显-显分析方法,先采用显式有限元进行整体分析,后采用近场动力学方法对重点区域进行分析。混合建模方法需要着重提高交界区域的计算精度,并且消除虚假力和虚假应力波问题。提出了通过力耦合的近场动力学与有限元混合建模的隐式分析方法,该方法不再设置重叠区,通过杆单元连接近场动力学子域与有限元子域,其中界面上的有限元结点不仅与其所在单元的其他结点发生作用,还通过杆单元与以其为圆心、一定半径的圆域内的其他物质点相互作用。研究表明,本文提出的混合模型和求解方法既能有效解决裂纹扩展等不连续问题,又可提高计算效率,为工程结构破坏问题的计算分析提供一种有效方法。 展开更多
关键词 近场动力学 有限元 混合建模 非局部 不连续力学问题
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基于近场动力学方法的结构准静态变形的定量计算 被引量:7
10
作者 沈峰 章青 +1 位作者 黄丹 顾鑫 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期49-55,共7页
近场动力学(Peridynamics,PD)是一种新兴的基于非局部模型描述材料特性的数值计算方法。该方法假定位于连续体内的粒子通过有限的距离与其他粒子相互作用,通过积分计算在一定近场范围(horizon)内具有一定影响域的材料点之间的相互作用力... 近场动力学(Peridynamics,PD)是一种新兴的基于非局部模型描述材料特性的数值计算方法。该方法假定位于连续体内的粒子通过有限的距离与其他粒子相互作用,通过积分计算在一定近场范围(horizon)内具有一定影响域的材料点之间的相互作用力,而不论位移场的连续与否,避免了传统的局部微分方程求解在面临不连续问题时的奇异性和现有多尺度算法的复杂性。在近场动力学理论框架下,考虑近场范围尺寸对本构力函数的影响,构造了二次多项式型本构力核函数,对反映物质点长程力基本特性的本构力函数进行改进。通过引入人工阻尼、构建分级加载算法和系统失衡判断准则,使近场动力学方法能适用于定量的准静态变形的计算分析。 展开更多
关键词 近场动力学 准静态 弹性变形 数值模拟 定量计算
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多物理场耦合作用分析的近场动力学理论与方法 被引量:16
11
作者 顾鑫 章青 Erdogan Madenci 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期576-598,共23页
广义来说,近场动力学(peri-dynamics, PD)是假设每个物质点在承受一定范围内的非接触相互作用下,研究整个物理系统演化过程的理论,为涉及非连续和非局部相互作用的问题提供了一个统一的数学框架,具有广泛的适用性.在简要介绍诸多工程对... 广义来说,近场动力学(peri-dynamics, PD)是假设每个物质点在承受一定范围内的非接触相互作用下,研究整个物理系统演化过程的理论,为涉及非连续和非局部相互作用的问题提供了一个统一的数学框架,具有广泛的适用性.在简要介绍诸多工程对于多物理场模型和数值计算软件的迫切需求后,针对现有商用软件在处理结构非连续演化问题时遇到的瓶颈,引入近场动力学理论和方法.概述近场动力学固体力学模型,系统阐述近场动力学扩散模型和近场动力学多物理场耦合建模的研究现状和进展,主要涉及电子元器件、电子封装和岩土工程领域的多物理场耦合建模,包括热–力、湿–热–力、热–氧、热–力–氧、力–电、热–电、力–热–电、多孔介质的水–力流固相互作用等非耦合、半耦合与完全耦合模型,强调发展耦合方程数值解法的重要性.最后对扩散问题和多物理场耦合问题的近场动力学理论模型、数值算法和工程应用做进一步展望. 展开更多
关键词 近场动力学 非局部理论 多物理场 耦合建模
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近场动力学与有限单元法的混合模型与隐式求解格式 被引量:6
12
作者 郁杨天 章青 顾鑫 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1324-1330,共7页
利用近场动力学方法(PD)在模拟不连续变形问题的独特优势和有限单元法(FEM)的计算效率,提出近场动力学与有限单元法混合建模的方法,并用于求解断裂力学问题.裂纹出现的区域采用改进的近场动力学微观弹脆性(PMB)模型进行离散,其他区域采... 利用近场动力学方法(PD)在模拟不连续变形问题的独特优势和有限单元法(FEM)的计算效率,提出近场动力学与有限单元法混合建模的方法,并用于求解断裂力学问题.裂纹出现的区域采用改进的近场动力学微观弹脆性(PMB)模型进行离散,其他区域采用有限元离散,通过杆单元连接不同的子区域.在隐式求解体系下实现了两种方法的混合建模,该模型在求解静力学问题时无需引入阻尼项,有效提高了计算效率和计算精度.通过模拟计算简支梁的弹性变形和三点弯曲梁I型裂纹的扩展过程,与理论解吻合良好,验证了提出的混合模型和求解方法的准确性和有效性. 展开更多
关键词 近场动力学 有限单元法(FEM) 混合模型 改进的近场动力学微观弹脆性模型 隐式求解
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准静态变形破坏的近场动力学分析 被引量:13
13
作者 黄丹 卢广达 章青 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期657-662,共6页
基于近场动力学理论,提出新的更能反映非局部长程力特性的物质点间作用力函数,并通过在物质点运动方程中引入局部阻尼、构造分级加载算法和系统失衡判断准则,实现了采用统一的近场动力学模型和算法进行从准静态变形、裂纹萌生和扩展直... 基于近场动力学理论,提出新的更能反映非局部长程力特性的物质点间作用力函数,并通过在物质点运动方程中引入局部阻尼、构造分级加载算法和系统失衡判断准则,实现了采用统一的近场动力学模型和算法进行从准静态变形、裂纹萌生和扩展直至结构破坏全过程的连续模拟和准确定量计算。 展开更多
关键词 准静态 变形 破坏 数值模拟 近场动力学
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对称结构动力学设计中的广义逆特征值问题 被引量:5
14
作者 李书 卓家寿 任青文 《计算力学学报》 CAS CSCD 1999年第2期138-142,共5页
将对称结构动力学设计问题归结为一类含设计参数的广义逆特征值问题,以结构的动态特性指标作为设计准则来设计结构,通过建立等效的非线性方程组,利用Newton法求解其设计参数,使得到的结构具有满足设计要求的动态特性。
关键词 结构设计 动力学 逆问题 广义逆特征
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α-Fe和Ni纳米丝单向拉伸过程的分子动力学模拟 被引量:3
15
作者 黄丹 章青 郭乙木 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期12-15,共4页
基于镶嵌原子法描述金属晶体原子间作用,分别以α-Fe和Ni为例,采用分子动力学方法研究了面心立方晶格(FCC)和体心立方晶格(BCC)纳米金属丝单向拉伸过程的力学行为和性能。分析了纳米尺度下两种典型金属丝的拉伸变形破坏过程和纳米晶体... 基于镶嵌原子法描述金属晶体原子间作用,分别以α-Fe和Ni为例,采用分子动力学方法研究了面心立方晶格(FCC)和体心立方晶格(BCC)纳米金属丝单向拉伸过程的力学行为和性能。分析了纳米尺度下两种典型金属丝的拉伸变形破坏过程和纳米晶体破坏过程中的本构关系,讨论了自由表面对纳米材料力学行为和性能的影响。研究得到两种纳米金属丝的弹性模量、屈服强度和断裂强度。BCC金属纳米丝由于比表面积更大,拉伸屈服阶段比FCC金属更明显,初始应力更高,表面效应对初始弹性模量的软化作用更大。 展开更多
关键词 分子动力学 纳米金属丝 单向拉伸 力学行为 性能
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引气减水剂对再生混凝土力学性质的影响研究 被引量:3
16
作者 蒋群 夏晓舟 +1 位作者 陈爱玖 章青 《三峡大学学报(自然科学版)》 CAS 2009年第3期46-51,共6页
把混凝土看作基体,气孔看成夹杂,采用Mori-Tanaka估算方法研究了含气量对混凝土弹性模量的削弱影响规律;基于细观夹杂理论,由变分结构方法导出引气混凝土的有效势能估算式,然后对等效应变求导推出引气混凝土的有效应力-应变关系曲线;最... 把混凝土看作基体,气孔看成夹杂,采用Mori-Tanaka估算方法研究了含气量对混凝土弹性模量的削弱影响规律;基于细观夹杂理论,由变分结构方法导出引气混凝土的有效势能估算式,然后对等效应变求导推出引气混凝土的有效应力-应变关系曲线;最后假定混凝土基体服从D-P屈服准则,通过引入能量密度支函数概念,并构造其函数逼近序列以解决其在气孔边界不可导的问题,最终导出了引气混凝土的宏观D-P屈服准则,并通过它研究了含气量对混凝土内摩擦系数的削弱影响.通过与实验数据的比较,这些力学参数的有效性质随引气量的变化规律基本与实验相吻合. 展开更多
关键词 引气混凝土 有效模量 有效势能 能量密度支函数 有效摩擦系数
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不同晶格结构纳米金属薄膜的力学性能和破坏属性研究 被引量:2
17
作者 黄丹 郭乙木 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期631-634,共4页
基于修正的镶嵌原子势,采用分子动力学方法建立多粒子系统模型,研究了面心立方晶格(FCC)和体心立方晶格(BCC)纳米金属薄膜的力学性能和拉伸破坏过程,分析了不同晶格结构纳米金属薄膜在拉伸变形时的能量、应力和构型变化过程,得到纳米单... 基于修正的镶嵌原子势,采用分子动力学方法建立多粒子系统模型,研究了面心立方晶格(FCC)和体心立方晶格(BCC)纳米金属薄膜的力学性能和拉伸破坏过程,分析了不同晶格结构纳米金属薄膜在拉伸变形时的能量、应力和构型变化过程,得到纳米单晶镍和α-铁薄膜的弹性模量、断裂强度、屈服强度.模拟表明FCC薄膜的拉伸断裂符合Griffith断裂理论;BCC薄膜的断裂过程有较长屈服阶段,自由表面对初始弹性模量的软化作用明显. 展开更多
关键词 纳米金属 分子动力学 力学性能 镶嵌原子势
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弹性力学的复变函数计算机解 被引量:5
18
作者 王润富 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 1991年第2期84-86,共3页
弹性力学平面问题的复变函数解法,是一种解析解法.它适合于求解孔口或实体区域的应力集中问题.这正是其他解法所难以解决的.因此复变函数解法仍然具有重要的理论意义和实用价值.但是复变函数解法具有下列几个困难:(a)
关键词 弹性力学 复变函数 计算机
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ψ函数在推求弹性力学全平面基本解中的应用 被引量:2
19
作者 徐汉忠 《河海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 1991年第5期131-135,共5页
1 引言弹性力学平面应变问题的新的通解为式(2)中μ——泊松比;G——剪切弹性模量。
关键词 函数 弹性力学 平面 计算
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纳米镍板裂纹扩展的分子动力学模拟和宏微观分析
20
作者 黄丹 陶伟明 郭乙木 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期559-562,568,共5页
建立了半无限弹性纳米镍板Ⅰ型裂纹扩展的二维分子动力学计算模型。采用镶嵌原子法描述原子间作用,模拟了纳观裂纹区在远场常应变率作用下变化直至起始扩展的过程。同时基于原子势函数和二维正三角形晶格常数计算材料弹性参数,进行连续... 建立了半无限弹性纳米镍板Ⅰ型裂纹扩展的二维分子动力学计算模型。采用镶嵌原子法描述原子间作用,模拟了纳观裂纹区在远场常应变率作用下变化直至起始扩展的过程。同时基于原子势函数和二维正三角形晶格常数计算材料弹性参数,进行连续介质力学断裂分析。分子动力学模拟和宏微观分析均得到裂纹起始扩展的临界时刻、裂尖应力场和原子平均能量。二者的结果比较表明本文的二维简化模型和模拟方法可以准确地描述Ⅰ型裂纹扩展的物理本质,基于原子势函数和晶格常数的连续介质力学分析也是一种可行的研究纳米材料断裂的方法。 展开更多
关键词 断裂 分子动力学 宏微观分析
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