国家自然科学基金(50875271)
- 作品数：10 被引量：11H指数：2
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- 纳米接触行为的三维多尺度数值模拟被引量：1
- 2012年
- 应用分子动力学与有限元耦合的桥域多尺度算法,模拟三维刚性球形压头与光滑基体表面的纳米尺度接触行为,并与全原子分子模拟结果比较.考察在一定载荷下的系统弛豫行为、两种模型桥接区位移和应力的连续性、法向力和接触面积随压头位移变化等,结果表明:一定外载荷下,桥域多尺度算法能较快达到平衡状态,且压头的振荡幅度更小,系统初始温度为0 K时该算法的相对误差最小.在准静态加载过程中,该算法能够将原子区的位移、应力等连续的过渡到连续介质区,具有较好的耦合效果;法向力-压头位移和接触半径-压头位移曲线几乎与分子模拟结果重合,表明算法具有较高的计算精度.
- 段芳莉郭其超
- 关键词：分子动力学模拟
- 半晶态聚合物的分子动力学模拟被引量：3
- 2012年
- 采用粗粒化聚乙烯醇模型,应用分子动力学方法模拟熔融态聚合物经过缓慢冷却、局部结晶形成半晶态聚合物的过程.静态结构因子的演变显示出在结晶初期小角散射强度的增大先于布拉格峰的出现,这与小角/大角X射线散射实验现象相一致.模拟得到的半晶态聚合物呈现为折叠链构成的晶区与非晶区交杂在一起的结构形态,与缨状微束结构模型相一致.研究发现在不同的冷却阶段具有不同的有序结构形成机制.从结晶温度到玻璃化温度的凝固过程中,存在分子链的伸展和伸直分子链之间平行排列两种形式的结构转变;而在玻璃化温度之后,材料的活性只允许调整伸直分子链之间的相对排列位置.
- 段芳莉颜世铛
- 关键词：分子动力学模拟
- 多尺度方法在微/纳接触行为模拟中的应用进展被引量：2
- 2011年
- 多尺度方法在求解的不同区域采用不同尺度的力学模型,在精确描述材料力学行为的同时,提高了计算效率,是近年来得到较大发展和广泛应用的一种材料计算方法。介绍了跨原子和连续介质多尺度算法的过渡区设计、基本算法,以及影响算法精度的主要因素。评述了多尺度方法在微/纳粗糙表面接触行为研究中的应用,在三维多尺度算法中更好地控制温度将提高模拟精度。
- 吴聪颖段芳莉郭其超
- 关键词：多尺度方法
- 非晶态聚合物摩擦行为的分子动力学模拟被引量：2
- 2014年
- 为了探究锥形光滑探头在非晶态聚合物表面上滑动时聚合物所表现的摩擦行为,在不同温度、不同粘着强度下,采用珠簧模型,应用分子动力学方法模拟了此滑动过程。通过分析此滑动过程中的聚合物链结构(键取向和链构象),阐释了聚合物薄膜与探头间交接区的结构动力学特征。当聚合物处于玻璃态,且探头与基体之间的作用是粘着作用时,其交接区中的高分子链的键取向沿滑动方向取向。且表征链构象的回转半径值也在滑动方向上增大到滑动前的10倍左右,即链构象发生了显著的改变。
- 段芳莉刘静
- 关键词：分子动力学模拟
- 纳米接触过程中黏着规律的变化
- 2012年
- 本文应用大规模分子动力学方法,模拟了两种具有不同粗糙形貌的、刚性球形探头与弹性平面基体之间的纳米尺度接触,计算了探头与基体之间的拉离力和黏着功,研究了接触过程中界面黏着力随载荷的变化规律,分析了接触界面原子的法向应力分布.研究发现,原子级光滑接触的黏着力随着载荷的增大而线性增大,而原子级粗糙接触的黏着力-载荷曲线分为以不同斜率增长的两个阶段.相比于原子级光滑探头,原子级粗糙探头与基体之间具有较小的拉离力和黏着功,却在接触过程中形成了较大的黏着力.因此,拉离力和黏着功不能表征出纳米接触过程中原子吸引作用对界面法向力的贡献大小.
- 段芳莉王光建仇和兵
- 关键词：黏着力
- 半晶态与非晶态聚合物的微观变形机理被引量：1
- 2014年
- 采用粗粒化聚乙烯醇模型,应用大规模分子动力学分别模拟半晶态和非晶态聚合物的单轴拉伸变形,探究两者潜在的变形机理。半晶态聚合物的应变软化过程主要发生在晶区,而应变强化过程主要体现在非晶区。晶区在屈服点发生滑移,初始滑移形成使晶区变化需要的拉伸力变小,而发生应变软化。随着应变的增大,各分子链段协同作用使二者分子链的解缠结达到最大,取向趋向于拉伸方向,从而使拉伸应力增大发生应变强化。重要的是还得到半晶态聚合物中的非晶区,表现出与非晶态聚合物相似的应力-应变行为。
- 颜世铛段芳莉
- 关键词：分子动力学模拟
- 原子尺度摩擦行为的分子动力学模拟被引量：2
- 2014年
- 应用大规模分子动力学方法,模拟了具有原子级光滑和原子级粗糙形貌的刚性球形探头与弹性平面基体的干摩擦行为,研究了无/有粘附条件下的载荷与摩擦力、载荷与真实接触面积,以及摩擦力与真实接触面积之间的关系,对纳米尺度下的摩擦行为规律进行了分析.几种系统的真实接触面积-载荷关系都与相应的连续力学接触模型定性的一致,它们分别是Hertz光滑表面接触模型、Greenwood-Williamson粗糙表面接触模型和Maugis-Dugdale粘着接触模型.无论是由光滑表面还是粗糙表面构成的摩擦系统,在无粘附条件下摩擦力与载荷成正比,而摩擦力与真实接触面积之间没有一个简单的关系;在粘附条件下摩擦力与真实接触面积成正比,而摩擦力与载荷之间表现为Maugis-Dugdale模型预测的亚线性关系.研究表明,当表面作用从无粘附到粘附时,控制摩擦力的决定因素从载荷转变为接触面积,摩擦行为从载荷控制摩擦转变为粘着控制摩擦.
- 段芳莉刘静杨继明
- 关键词：粘附原子尺度分子动力学模拟
- 单个纳米粒子对聚合物结晶行为的影响被引量：1
- 2014年
- 采用粗粒化模型,应用分子动力学方法研究了单个纳米粒子对聚合物结晶行为的影响.通过改变纳米粒子与聚合物单体之间作用方式(吸引作用或排斥作用)、纳米粒子与聚合物单体之间作用强度和聚合物分子链的长度,计算整个系统和局部区域的有序参数,研究了三个不同因素下纳米粒子对聚合物结晶行为的不同影响.研究表明,在聚合物基体中添加单个纳米粒子,纳米粒子对整个系统的结晶影响不明显,但是纳米粒子对其周围聚合物单体的结晶存在局部强化作用.当纳米粒子与聚合物单体之间为吸引作用且作用强度较大时,纳米粒子对聚合物结晶表现出明显的局部强化作用,聚合物分子链长度也有着一定的影响,在较大吸引作用强度下,长链样本比短链样本有着更为显著的局部强化作用.
- 段芳莉王源
- 关键词：分子动力学模拟
- 表面黏附导致的接触行为转变被引量：1
- 2012年
- 应用人规模分子动力学方法,模拟了具有不同原子级粗糙形貌的两种刚性球形探头与弹性平面基体的黏附接触行为.研究了载荷与真实接触面积、接触界面排斥力与真实接触面积,以及黏附力与真实接触面积之间的关系.分子模拟得到的载荷与真实接触面积的关系,与连续力学接触理论预测很好地定性一致.无论是原子级光滑探头还是粗糙探头,黏附接触下的排斥力与真实接触面积的关系,都与无黏附接触时的规律相～致,即黏附力对接触行为的影响作用.可以等效为附加在真实外载荷基础上的虚拟载荷,将对黏附接触行为的分析转变为无黏附接触分析.两种探头的黏附力随真实接触面积都呈幂函数形式的增长,但是,原子级光滑探头的幂指数大于1,而原子级粗糙探头的幂指数小于1.
- 段芳莉杨继明仇和兵吴聪颖
- 关键词：分子动力学模拟
- 摩擦导致的聚合物表层微观结构改变
- 2015年
- 应用大规模分子动力学方法,模拟了锥形探头在非晶态聚合物薄膜表面的滑动摩擦过程,研究了摩擦导致的聚合物薄膜表层微观结构改变,以及探头与基体间黏着作用、滑动速度和分子链长度对基体表层微观结构改变的影响.当探头与基体之间为黏着作用时,摩擦导致基体表面滑痕区域的键取向沿滑动方向重新取向,导致表层分子链回转半径沿滑动方向伸长,并且这些表层微观结构的改变程度随滑动速度的减小而增大.在摩擦导致结构改变的过程中,链端单体和链中单体的贡献作用不同,形成了不同的分子链拉伸变形机制.当样本缠结度较大或探头滑动速度较小时,相比于链中单体,探头对链端单体的拖曳作用使更多分子链发生拉伸变形.研究还发现,在探头与聚合物薄膜系统中,使薄膜表层微观结构发生改变是摩擦能量耗散的重要途径.
- 段芳莉王明刘静
- 关键词：微观结构分子动力学模拟
