纳米铜晶胞体积弹性模量变化规律的分子动力学模拟

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1、万方数据209年12月农业机械学报第40卷第12期纳米铜晶胞体积弹性模量变化规律的分子动力学模拟*李冠楠苗恩铭费业泰(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院。合肥230009)【摘要】用分子动力学的方法详细模拟纳米铜晶胞随温度与压强变化的规律，得到了铜晶胞体积弹性模量突变的敏感压强点。模拟结果表明：单晶铜的在压强小于75GPa时体积弹性模量随温度升高而降低，随压强增大而增大；在压强大于75GPa时，体积弹性模量随温度升高而增大，随压强增大而减小。关键词：分子动力学纳米铜晶胞体积弹性模量中圈分类号：0733文献标识码：AMolecularDy

2、namicsSimulationforVariationRelationshipofVolume-elasticityModulusofCrystalCuwithPressureandTemperatureLiGuannanMiaoEnmingFeiYetai(SchoolofInstrumentScienceandOpto-electronicEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)AbstractThevariationrelationshipofvolum

3、e—elasticitymodul惦ofcrystalCuwithpressureandtemperatureWasanalyzedbymoleculardynamicssimulation，togainasensitivepointofpressurevalue．Theresultsshowsthevolume-elasticitymodulusofcrystalCudecreasesastemperaturerises，butincreasesaspressurerisesbeforethepoint75GPa；whereas，ex

4、ceedingthepoint，thevolume-elasticitymodulusofcrystalCuincreasesastemperaturerises。butdecreaseaspressurerises．KeywordsMoleculardynamics，NanocrystalCu，volume—elasticitymodulus引言常规的测量材料力学性能的试验受到高温和精确度的限制，而从微观角度进行模拟不仅可以排除常规试验中由于材料的错位、裂纹、气孔带来的诸多干扰，还能够实现高温与高压的监测【1-5】，使用分子动力模拟铜

5、晶胞体积弹性模量具有较高的精确性和可靠性。在以往的研究中，研究人员通常通过控制其他变量来探究单一变量如温度或压强对单晶铜体积弹性模量的影响，本文在研究中综合考虑压强和温度的共同作用，通过分子动力模拟的方法，探讨了在不同温度和压强下的纳米铜晶胞的体积弹性模量规律，包括常温下模拟单晶铜体积弹性模量随压强变化的动力学模拟和不同压强下单晶铜体积弹性模量随温度变化的情况。所得出的结论不仅可作为微观物理力学的研究数据参考，也可用于与常规试验得到的铜材料的力学性能进行对比。1分子动力学计算方法和模型的选择LJ势函数是最常用和普遍的势函数，可以广泛地应

6、用于各种体系。分子动力模拟正是应用这些力场并根据牛顿运动力学原理而发展的计算方法。其优点在于系统中粒子运动有正确的物理依据，精确性高，可同时获得系统的动态与热力学统计资料试验数据。故本文采用是Lenard-jones(LJ)势函数[6】，其数学表达式为附)-4e[㈠12一㈠6](1)式中r——原子对间的距离收稿日期：2008—12—17修回日期：2009一04—22*国家自然科学基金资助项目(50475069)和国家科技重大专项(2009ZX04014—023—02)作者简介：李冠楠，硕士生．主要从事精密机械工程研究，E-mail：gu

7、annanliS713@gmail．∞m通讯作者：苗恩铭，副教授，主要从事精密机械工程研究，E．marl：miaoem@163．coin万方数据第12期李冠楠等：纳米铜晶胞体积弹性模量变化规律的分子动力学模拟229e、盯——势能参数先由系统中各原子的位置计算势能，再由R—Vtu一(z毒+J云+志毒)u(2)计算系统中各原子所受的力，由口i2i(3)计算系统中各原子所受的加速度。然后由f口f=口?+air1铲r?+铆缸+号呼z‘4)得到经过后各分子的位置和速度，不断重复以上步骤得到轨迹。在计算中，本文采用Velert[71所发展的数值解法

8、即跳蛙算法，此方法计算速度与位置的数学表达式为让(t+号&)=口“t一号&)+口；(t)&(5)_(￡+＆)=rf(￡)+耽(￡+丢＆)&(6)计算时，设已知掣；t--丢&)ri(￡)，则有≠时刻的位置以(