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界面裂纹萌生与扩展的分子动力学模拟

力学学报 2007年第4期39卷 571-576页

作者：尚福林北村隆行西安交通大学航天航空学院工程力学系/强度与振动教育部重点实验室西安710049 京都大学大学院工学研究科机械理工学专攻

运用分子动力学模拟方法研究了裂纹在界面端处萌生与沿界面扩展的临界条件．模拟考虑了一双相材料的3种模型,即构成90°/90°和90°/°夹角的两个界面端和一个界面裂纹．模拟采用了包含原子区域与连续区域的并发型多尺度模型,即在界面... 详细信息

运用分子动力学模拟方法研究了裂纹在界面端处萌生与沿界面扩展的临界条件．模拟考虑了一双相材料的3种模型,即构成90°/90°和90°/°夹角的两个界面端和一个界面裂纹．模拟采用了包含原子区域与连续区域的并发型多尺度模型,即在界面端尖端和裂纹尖端附近采用分子动力学(MD)方法,MD区域之外则按照线弹性有限元方法分析．结果表明,在断裂启动时刻,3个模型沿界面的最大应力均达到界面理想强度;而且,其界面能恰好足以克服界面材料的本征内聚能．因此,界面端裂纹萌生与沿界面扩展的断裂条件可以通过界面理想强度和内聚能联系起来．并基于模拟计算结果提出了界面断裂启动的统一准则．

关键词：断裂界面裂纹界面端分子动力学模拟

纳米铁电材料铁电性及其力电耦合特性的原子尺度模拟研究

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无机材料学报 2015年第6期30卷 561-570页

作者：王晓媛闫亚宾嶋田隆広北村隆行中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621900 日本京都大学机械工程与科学系

纳米铁电材料的几何构型和特征尺寸严重影响着材料的铁电性,对微电子器件中功能材料的可靠性有着至关重要的影响。数值模拟是研究铁电材料物理特性的重要手段,并且当材料的特征尺寸缩小至数个纳米的量级时,由于极小试样精密制备和微小... 详细信息

纳米铁电材料的几何构型和特征尺寸严重影响着材料的铁电性,对微电子器件中功能材料的可靠性有着至关重要的影响。数值模拟是研究铁电材料物理特性的重要手段,并且当材料的特征尺寸缩小至数个纳米的量级时,由于极小试样精密制备和微小物理量准确测量等方面困难的制约,数值模拟可能是唯一有效的办法。本文综述了典型二维、一维及零维纳米铁电材料铁电性的若干数值模拟研究进展,重点介绍了纳米铁电材料的极化分布、铁电相变、铁电临界尺寸和力电耦合特性等关键问题的研究成果,展望了纳米铁电材料模拟研究方面的研究重点。

关键词：纳米铁电材料铁电极化铁电临界尺寸力电耦合数值模拟综述

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预蠕变损伤对高温疲劳宏观裂纹扩展的影响

大连理工大学学报 1993年第S2期33卷 202-210页

作者：周玮生北村隆行大谷隆一郭成璧日本京都大学大学院日本京都大学工学部中国大连理工大学动力工程系

针对ＳＵＳ３０４不锈钢光滑试棒预先导入１０７３Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ条件下的预蠕变疲劳损伤，然后开小切口进行时间依存性９２３Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ，１０７３Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ及循环数依存性９２３Ｋ·ｐｐ－ｔｙｐｅ的宏观... 详细信息

针对ＳＵＳ３０４不锈钢光滑试棒预先导入１０７３Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ条件下的预蠕变疲劳损伤，然后开小切口进行时间依存性９２３Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ，１０７３Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ及循环数依存性９２３Ｋ·ｐｐ－ｔｙｐｅ的宏观裂纹扩展试验，考察了试棒内部因预蠕变疲劳而产生的大量的粒界微小裂纹对高温疲劳宏观裂纹扩展的影响．结果如下：１．预损伤加速了９２３Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的蠕变裂纹扩展，对于同一蠕变Ｊ积分范围△Ｊｃ，损伤值越大，裂纹扩展速度ｄｌ／ｄＮ也越大．这种加速起因于主裂纹与微小裂纹的合体．２．１０７３Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的预损伤材料和处女材料的ｄｌ／ｄＮ在同一△Ｊｃ。下相等．即，损伤材料的裂纹扩展速度的上限值由１０７３Ｋ·ｃｐ－ｔｙｐｅ下的处女材料的ｄｌ／ｄＮ－△Ｊｃ关系给出．３．在９２３Ｋ·ｐｐ－ｔｙｐｅ条件下，对于同一疲劳Ｊ积分范围△Ｊｆ，预损伤材料的ｄｌ／ｄＮ要比处女材料快１０倍左右．一般ｐｐ－ｔｙｐｅ的破坏形式为粒内破坏．预损伤材料的场合，因为试棒内部分布有大量的微小粒界裂纹，主裂纹便沿这些破坏阻抗最小的微小裂纹边合体边扩展，主要在粒界上扩展．即微小粒界裂纹是裂纹扩展阻抗减小的主因．

关键词：裂纹蠕变蠕变断裂疲劳/裂纹传播预蠕变损伤内部小裂纹

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基于振动的亚微米阵列薄膜弹性参数辨识

中国科学：物理学、力学、天文学 2014年第11期44卷 1196-1202页

作者：方辉澄川贵志北村隆行中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621900 日本京都大学机械工程与科学系

亚微米阵列薄膜是以微/纳米尺寸的管、柱、弹簧等为基本单元,在同一平面内周期排列构筑的薄膜结构(厚度100 nm–1?m).亚微米阵列薄膜是人工合成的新型材料,需要依靠实验、理论和数值分析技术得到材料参数.由于亚微米阵列薄膜的几何微尺... 详细信息

亚微米阵列薄膜是以微/纳米尺寸的管、柱、弹簧等为基本单元,在同一平面内周期排列构筑的薄膜结构(厚度100 nm–1?m).亚微米阵列薄膜是人工合成的新型材料,需要依靠实验、理论和数值分析技术得到材料参数.由于亚微米阵列薄膜的几何微尺度,其固有频率达到MHz量级.本文提出了一种基于激光技术的非接触式振动测试方法,由振动特性确定了亚微米阵列薄膜弹性参数.

关键词：阵列薄膜亚微米振动测试

基于FIB和TEM的纳米材料中界面分层破坏的实验方法研究与应用

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中国科学：物理学、力学、天文学 2014年第6期44卷 593-598页

作者：闫亚宾北村隆行澄川贵志中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621900 日本京都大学机械工程与科学系

本文针对三维尺寸均处于纳米量级的材料与结构中常见的界面分层破坏问题,利用聚焦离子束技术(FIB)和透射电子显微镜(TEM)开发设计了一套研究纳米材料中界面端部裂纹启裂行为的实验方法.采用FIB成功从宏观多层薄膜材料(硅/铜/氮化硅,Si/C... 详细信息

本文针对三维尺寸均处于纳米量级的材料与结构中常见的界面分层破坏问题,利用聚焦离子束技术(FIB)和透射电子显微镜(TEM)开发设计了一套研究纳米材料中界面端部裂纹启裂行为的实验方法.采用FIB成功从宏观多层薄膜材料(硅/铜/氮化硅,Si/Cu/SiN)中切割制备出了由硅基体(Si)和200 nm厚铜薄膜(Cu)及1000 nm厚氮化硅层(SiN)构成的纳米悬臂梁试样.利用高精度微小材料加载装置,在TEM中对该试样进行加载实验,并原位观测了不同试样中Cu/Si界面端部裂纹启裂的行为.通过对启裂瞬时Cu/Si界面上临界应力分布的有限元分析发现,不同尺寸试样中的界面上法向应力与剪切应力均集中在距界面端部100 nm的范围内,且临界法向应力远大于剪切应力.对应力分布的进一步分析则发现,距界面端部5 nm区域内的法向应力场控制着Cu/Si界面的分层破坏过程,可用于表征界面分层破坏的局部控制准则.

关键词：纳米尺度聚焦离子束系统透射电子显微镜界面裂纹启裂薄膜

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纳米材料力学行为的原子尺度模拟研究

力学进展 2010年第3期40卷 263-283页

作者：尚福林郭显聪北村隆行梅野宜崇西安交通大学航天航空学院工程力学系/强度与振动教育部重点实验室西安710049 日本京都大学工学部机械工程与科学系日本东京大学生产技术研究所

对几何尺寸极小的纳米材料而言,数值模拟是与实验测试同样有效的研究手段,而且,当材料特征尺寸更小、缺乏可用的测试系统时,数值模拟可能是唯一的方法.介绍了近年来纳米材料力学行为的原子尺度数值模拟研究方面的若干新进展,重点综述了... 详细信息

对几何尺寸极小的纳米材料而言,数值模拟是与实验测试同样有效的研究手段,而且,当材料特征尺寸更小、缺乏可用的测试系统时,数值模拟可能是唯一的方法.介绍了近年来纳米材料力学行为的原子尺度数值模拟研究方面的若干新进展,重点综述了采用分子动力学模拟与第一原理计算对纳米材料的晶格不稳定性、理想强度、界面断裂、碳纳水管的力电特性和铁电纳米材料的力电特性等问题的研究结果.总结介绍了纳米材料原子尺度模拟中一些实用的计算策略和方法,并提出了若干需要进一步研究的问题.

关键词：纳米材料理想强度断裂分子动力学模拟第一原理计算

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微纳米材料及其结构的界面强度的实验研究

力学进展 2008年第4期38卷 437-452页

作者：尚福林北村隆行平方宽之西安交通大学航天航空学院上程力学系强度与振动教育部重点实验室西安710049 日本京都大学工学部机械工程与科学系日本京都606-8501

介绍了近年来微纳米材料强度实验测试研究方面的最新进展,重点综述了可用于微纳米材料及其结构中界面强度测试的实验系统、测试方法及结果.主要内容包括:测试微纳米薄膜界面端分层裂纹启裂的夹层悬臂梁方法,测试纳米岛/衬底间界面结合... 详细信息

介绍了近年来微纳米材料强度实验测试研究方面的最新进展,重点综述了可用于微纳米材料及其结构中界面强度测试的实验系统、测试方法及结果.主要内容包括:测试微纳米薄膜界面端分层裂纹启裂的夹层悬臂梁方法,测试纳米岛/衬底间界面结合强度的改进AFM(atomic force microscopy)方法,测试裂纹沿界面扩展的预裂纹法,可实现纳米薄膜界面裂纹原位观察的实验测试方法,测试薄膜在疲劳、蠕变条件下界面裂纹扩展的改进4点弯曲法等.除了总结分析测试结果,还讨论了上述实验方法的优缺点和适用范围,并指出了微纳米材料界面强度实验研究方面的一些挑战与难点,最后提出了若干需要继续研究的课题.

关键词：微纳米材料界面强度分层裂纹实验研究

纳米铁电薄膜表面台阶处铁电性的第一原理研究

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纳米铁电薄膜表面台阶处铁电性的第一原理研究

纳米多层薄膜材料中界面分层破坏行为的原位实验研究与数值分析

中国力学大会-2015

作者：王晓媛闫亚宾北村隆行中国工程物理研究院总体工程研究所

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了超薄钛酸铅纳米薄膜表面台阶结构对其铁电性的影响.研究发现,对于独立的表面台阶结构,附近的铁电极化发生偏转.对于相邻的台阶结构,若其极化分布形式相同,则台阶之间的相互作用对台阶附近铁电...

利用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了超薄钛酸铅纳米薄膜表面台阶结构对其铁电性的影响.研究发现,对于独立的表面台阶结构,附近的铁电极化发生偏转.对于相邻的台阶结构,若其极化分布形式相同,则台阶之间的相互作用对台阶附近铁电极化的影响不大;若相邻台阶的极化分布形式不同,则台阶之间的相互作用会严重的降低其附近尤其是台阶表面处的铁电极化.

关键词：

来源： cnki会议评论

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纳米多层薄膜材料中界面分层破坏行为的原位实验研究与数值分析