形變的分子模擬
       利用Daresbury 實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的2.20版DL-POLY進(jìn)行所有的模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件為300k，0.5fs時(shí)間步長。實(shí)驗(yàn)分兩步驟對(duì)機(jī)械性能進(jìn)行觀察。第一步對(duì)原子模型進(jìn)行平衡，第二步對(duì)模型進(jìn)行漸進(jìn)軸向機(jī)械裝載。
平衡狀態(tài)
       將NPT和NVT整體結(jié)合，進(jìn)行平衡狀態(tài)實(shí)驗(yàn)。首先將模型在NPT條件下運(yùn)行模型，時(shí)間步長為30000；然后在NVT條件下對(duì)模型進(jìn)行機(jī)械裝載。
應(yīng)力應(yīng)變曲線
       利用應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行抗拉實(shí)驗(yàn)和抗剪實(shí)驗(yàn)。對(duì)所有模型施以應(yīng)變場(chǎng)，進(jìn)行軸向拉伸實(shí)驗(yàn)。
       沿著形變的方向?qū)D單元的大小進(jìn)行測(cè)量并施以應(yīng)變，然后對(duì)原子的新坐標(biāo)重新測(cè)量以便匹配新的大小。完成初始形變以后，繼續(xù)對(duì)MD進(jìn)行模擬，在新的MD單元大小范圍內(nèi)對(duì)原子進(jìn)行平衡。重復(fù)該步驟以實(shí)現(xiàn)持續(xù)漸進(jìn)形變。軸向拉伸方向上的應(yīng)變?cè)隽繛?.25%。然后，將系統(tǒng)松弛0.1ps，將系統(tǒng)上的應(yīng)力調(diào)和至大于0.1ps。實(shí)驗(yàn)采用周期邊界條件。
結(jié)果和討論        圖四可以看出距離裂縫尖端幾納米的ND顆粒簇叢增強(qiáng)了模型I的韌性和強(qiáng)度。圖五可以看出ND顆粒有效防止了裂縫的擴(kuò)散。
       為觀察ND顆粒形變性對(duì)整體應(yīng)力應(yīng)變反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)建立了一個(gè)ND為不可形變的模擬。曲線如圖五所示。圖六為對(duì)應(yīng)的MD。可以明顯看出不可形變的ND顆粒明顯降低了整體強(qiáng)度和韌性。由于ND顆粒是不可形變的，當(dāng)裂縫產(chǎn)生并影響ND-SiC界面時(shí)，不存在能量損失。圖五可以看出在10%應(yīng)變處應(yīng)力應(yīng)變發(fā)生了彎曲。
       為理解ND核是否影響應(yīng)力應(yīng)變反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)建立了一個(gè)洞空ND增強(qiáng)模型。圖八為對(duì)應(yīng)MD圖。圖七可以看出，洞空ND沒有增強(qiáng)SiC的機(jī)械性能；同時(shí)還可以看出洞空變形ND顆粒不能防止裂縫的擴(kuò)散。因此，和WND應(yīng)力應(yīng)變曲線相比，沒有觀察到任何差別。        為完善對(duì)納米顆粒增強(qiáng)效果的評(píng)估，實(shí)驗(yàn)還進(jìn)行了不可變形的洞空ND研究，曲線如圖九所示。圖十為對(duì)應(yīng)的MD。圖九可以看出，當(dāng)不可變形洞空ND嵌入時(shí)，整體應(yīng)力應(yīng)變性能下降。使用硬質(zhì)ND時(shí)，圖十顯示類似趨勢(shì)。這說明和硬質(zhì)ND增強(qiáng)系統(tǒng)相比，不可變形洞空ND的變形機(jī)理是一樣的。由此可以推斷超硬增強(qiáng)納米顆粒不會(huì)增強(qiáng)其機(jī)械性能。
       為研究納米顆粒屬性對(duì)SiC基體的影響，實(shí)驗(yàn)用同樣尺寸的Si替代ND。需要注意的是Si沒有SiC更硬，因此把它放入裂縫中。曲線如圖11所示。由圖可以看出摻入Si增強(qiáng)體后并沒有改善整體應(yīng)力應(yīng)變性能。 模型II裂縫
       從抗拉實(shí)驗(yàn)可以看出SiC的強(qiáng)度和韌性只有在ND顆粒不是超硬屬性的情況下才能得到改善。為驗(yàn)證該假設(shè)，研究對(duì)所有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行抗剪實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示增強(qiáng)ND改善了SiC的韌性。圖12為抗剪實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖13為對(duì)應(yīng)的MD。由于錯(cuò)位成核，剪切負(fù)載過程中發(fā)生顯著的塑性變形。 （編譯：中國磨料磨具網(wǎng)）