基于分子动力学的单晶纳米铜力学性能研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文基于分子动力学的单晶纳米铜力学性能研究硕士研究生：王锡芝指导教师：杨勇讲师学科、专业：力学论文主审人：杨在林教授哈尔滨工程大学2018年01月分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文基于分子动力学的单晶纳米铜力学性能研究硕士研究生：王锡芝指导教师：杨勇讲师学位级别：工学硕士学科、专业：力学所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.CADisser

2、tationfortheDegreeofM.EngSingleCrystalCopperMechanicalPerformanceStudybyMolecularDynamicSimulationCandidate:WangXizhiSupervisor:YangYongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicsDateofSubmission:Jan.,2018DateofOralExamination:Mar.,201

3、8University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校

4、保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保

5、存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要随着信息和材料工程的飞速发展，新一代电子器件不断被研制。其中，微/纳电机系统最具有代表性。单晶铜作为纳米材料结构器件重要的组成材料，它在不同载荷方式下力学性能的强弱直接决定着新型电子器件的使用寿命。因此，本文运用分子动力学方法首先对尺寸为20aaa××205的单晶铜纳米板进行内压径向方式加载。其次，对尺寸为20aaa××2020的单晶铜纳米立方体进行三轴拉伸方式加载。最后，对尺寸为20aaa××2060的单晶铜纳米杆件进行冲击压缩方式加载。并且

6、分别对其力学性能的影响因素进行了展开讨论。本文首先对单晶铜纳米板进行内压径向加载时，分别讨论了径向加载速率、温度和晶向对其力学性能的影响。通过计算得到，增加内压径向加载速率可使单晶铜纳米板的力学性能变小。升温可以导致单晶铜纳米板力学性能减弱。内压径向加载作用下具有不同晶向的单晶铜纳米板力学性能大小关系为：[111][110][100]>>。其次,对单晶铜纳米立方体进行三轴拉伸加载时，分别讨论了孔洞缺陷、三轴拉伸加载速率、温度和晶向对其力学性能的影响。通过计算得到，减小单晶纳米铜立方孔洞缺陷尺寸和比表面积可

7、提高其力学性能。应变率的大小不能改变单晶铜纳米材料的弹性模量，但可以使材料强化。升温可以导致单晶铜纳米材料力学性能减弱。三轴拉伸作用下不同晶向单晶纳米铜立方体的力学性能强弱关系为：[111][110][100]>>。最后,对单晶铜纳米杆进行冲击压缩加载时，分别讨论了冲击加载速率、晶向和空心缺陷对单晶铜纳米杆中产生的冲击波压强和冲击波速度的影响。通过计算得到，冲击加载速率越大，单晶铜纳米杆中产生的冲击波压强和冲击波速度也越大。冲击速率越大的单晶铜纳米杆力学性能越强。沿着冲击方向取不同晶向的单晶铜纳米杆冲击作

8、用相同时间后，杆内产生的冲击波压强大小关系为：[100][111][110]>>。杆内产生的冲击波速度大小关系为：[110][111][100]>>。沿着冲击方向晶向不同的单晶铜纳米杆力学性能大小关系为：[100][111][110]>>。单晶铜纳米方管管壁厚度越大，产生的冲击波压强值越大。冲击波速度受纳米方管管壁厚度的改变影响很小，几乎不受其影响。单晶铜纳米方管管壁越厚的模型其力学性能越强。关键词：分子动力学模拟；单晶铜；径