《複雜載荷下二維原子晶體的微觀斷裂》是依託南京航空航天大學，由張斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複雜載荷下二維原子晶體的微觀斷裂
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張斌
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著石墨烯等二維原子晶體被發現，並逐漸在複合材料強韌化上得到套用，其複雜載荷下的力學性能引起研究者的關注，但仍鮮見利用微態連續介質理論研究二維晶體斷裂的報導。本項目擬以石墨烯、六方氮化硼等為重點對象，選取適於微態理論的基元體、確定其內部特徵長度，並根據均衡定律推導主導方程、建立本構關係，構造微態薄板模型，利用第一原理計算和實驗獲得的聲子色散關係，通過應變能密度約束最佳化，確定材料常數，研究複雜力、熱-力耦合載荷下二維晶體的斷裂行為，結合原子力學計算模擬和相關試驗，分析其裂紋萌生、擴展等力學行為，獲得應力強度因子、斷裂韌性、複合斷裂準則等表達形式，探索裂尖位錯、拓撲缺陷形成及能量耗散等機制，揭示微觀機理，總結斷裂規律。本項目採用理論分析、多尺度計算和試驗相結合的方法，研究二維原子晶體的物理力學性質，所得結果將為掌握二維晶體的斷裂特性及其工程套用提供理論依據，並促進對經典斷裂理論的新理解和發展。
結題摘要
石墨烯等二維原子晶體具有優異的力學性質，在複合材料強韌化上逐漸得到套用，其複雜載荷下的力學行為引起研究者的關注。本項目利用微態連續介質理論及分子力學模擬,研究了二維晶體動態斷裂。首先，以石墨烯、六方氮化硼為重點對象，選取適於微態理論的基元體、確定其內部特徵長度，並根據均衡定律推導主導方程、建立本構關係，構造了微態薄板模型，利用第一原理計算和實驗獲得的聲子色散關係，通過應變能密度約束最佳化，確定了材料常數。其次，結合原子力學計算（分子動力學、分子結構力學）模型模擬和相關試驗數據，研究了複雜力載荷下二維晶體的動態斷裂，分析了裂紋萌生、擴展、非穩定等力學行為，獲得斷裂韌性值、動態裂紋尖端原子應力場分布，裂紋轉折/分叉臨界速度與裂尖環向應力關聯，探索了裂尖位錯、拓撲缺陷形成及能量耗散等機制，揭示了裂尖非線性區尺寸與裂紋非穩定擴展內在聯繫。本項目所得結果將為掌握二維晶體的斷裂特性及其工程套用提供理論依據，並將促進對經典斷裂理論的新理解和發展。
