【摘 要】
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提出了一种从离散分子动力学模拟(MD)到连续介质弹性有限元计算分析(FEA)的过渡方法, 简称MD-FEA方法. 首先通过MD计算获得晶体材料原子的移动位置, 然后根据晶体结构的周期性特征构造连续介质假设下的有限单元变形模型, 进一步结合材料的力学行为本构关系获得应变和应力场. 为了检验MD-FEA方法的有效性, 将该方法应用于详细分析Al-Ni软硬组合两相材料纳米柱体的拉伸变形问题和基底材料为Al球形压头材料为金刚石的纳米压痕问题. 采用MD-FEA方法获得了上述两种问题的应力?应变场, 并将计算结果分
【机 构】
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中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室,北京100190;中国科学院大学工程科学学院,北京100049;中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室,北京100190;北京大学工学院力学与工程科
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提出了一种从离散分子动力学模拟(MD)到连续介质弹性有限元计算分析(FEA)的过渡方法, 简称MD-FEA方法. 首先通过MD计算获得晶体材料原子的移动位置, 然后根据晶体结构的周期性特征构造连续介质假设下的有限单元变形模型, 进一步结合材料的力学行为本构关系获得应变和应力场. 为了检验MD-FEA方法的有效性, 将该方法应用于详细分析Al-Ni软硬组合两相材料纳米柱体的拉伸变形问题和基底材料为Al球形压头材料为金刚石的纳米压痕问题. 采用MD-FEA方法获得了上述两种问题的应力?应变场, 并将计算结果分别与传统MD方法中通过变形梯度计算的原子应变以及原子的位力应力进行了比较, 详细讨论了用MD-FEA方法计算的应力?应变场与传统MD原子应变和位力应力的区别, 并对MD-FEA方法的有效性及其相较于传统MD方法所具有的优势进行了探讨. 结论显示, MD-FEA方法与传统MD方法在应力?应变变化平缓的区域得到的结果接近, 但在变化剧烈的区域以及材料的表/界面区域, MD-FEA方法能够得到更加精确的结果.同时, MD-FEA方法避免了传统MD方法中, 需要人为选取截断半径以及加权函数所导致的误差. 另外, 当应变较大时, MD-FEA方法计算的小应变与传统MD方法计算的格林应变存在一定差异, 因此, MD-FEA方法更适合应变较小的情形.
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