力學性質計算

吉婆婆 2024-06-23 10:36 14次浏览 0 条评论 taohigo.com

一:背景

彈性常數是表征材料彈性的量,描述應力和應變之間的關系,是應力對應變展開的線性項,展開系數Cij即為彈性常數,i代表瞭施加的力的方向,j代表瞭施加的力引起瞭哪個方向的應變。通過計算材料的彈性常數可以計算對應的體彈性模量,剪切模量,壓縮系數,勁度張量等一系列參數。

二、原理

胡克定律可知,在微小形變條件下應力應變成正比,應力分量是應變分量的線性函數,矩陣表示時為:

式中:s為應力張量元,ej為應變張量元,cij是彈性模量張量元。由於應力應變張量的對稱性,公式中彈性模量的獨立張量元隻有21個,隨著晶系的對稱性增高,獨立張量元的數量還會減少,由於立方晶系的高度對稱性,其彈性模量元中隻有三個不為0,即:

C11=C22=C33

C12=C23=C31

C44=C55=C66

彈性系數與計算體系總能間關系的表達式定義為:

式中:V為計算元胞體積,E為體系總能。得到彈性模量後可以計算對應的體彈性模量,剪切模量等一系列性質。

楊氏模量 E = σ/ε

泊松比 ν = εx/εy

剪切模量 G=E/(2(1+ν))

三、應用案例

1)文獻:Physica B 403 (2008) 3792–3797

2)研究背景:金屬間化合物具有比普通金屬優越的化學、物理、電、磁和機械性能,但它們在室溫下的脆性嚴重阻礙瞭它們的應用。實驗發現RM金屬間化合物(R是一個稀土元素,M是一個主族或過渡金屬)在室溫下具有高韌性和高斷裂韌性。文獻采用第一性原理計算方法,研究金屬間化合物YM (M=Ag, Cu, Rh)體系的彈性,從而更深入的瞭解其結構的延展性。

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5) MatCloud+與文獻的對比

YAg(左)和YRh(右)的彈性常數計算結果與文獻的對比

參考文獻:[1] Y Wu, W Hu, etal.First-principles calculation of the elastic constants, the electronic density of states and the ductility mechanism of the intermetallic compounds: YAg, YCu and YRh[J]. PHYSICA B, 2008, 403,3792-3797.

[2] Morris J R, Ye Y, Lee Y B, et al. Ab initio calculation of bulk and defect properties of ductile rare-earth intermetallic compounds[J]. Acta Materialia, 2004, 52(16): 4849-4857.

[3] Gaillac R, Pullumbi P, Coudert F X. ELATE: an open-source online application for analysis and visualization of elastic tensors[J]. Journal of Physics: Condensed Matter, 2016, 28(27): 275201.

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