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PZT薄膜界面分层破坏的内聚力模拟被引量：9: 2009年; 实验测试表明,单晶硅基板上磁控溅射沉积的多层薄膜材料Cr/PZT/PLT/Pt/Ti容易沿着Cr/PZT界面端开裂并发生分层破坏.我们在实验测试基础上,通过数值模拟计算与分析研究,确定了该薄膜界面的结合强度参数.模拟计算基于连续介质力学的内聚力模型,采用有限元方法来分析沿Cr/PZT界面的裂纹萌生和扩展过程.首先,将该界面表征为一个遵从指数或双线性内聚力模型本构关系的薄层.然后,通过与实测的断裂载荷、加载点的载荷-位移曲线校准的办法,确定出界面内聚法则参数.研究发现,内聚强度和内聚能是最为关键的内聚参数;双线性内聚力模型更适合于描述Cr/PZT界面破坏;与毫米量级厚度的薄膜材料相比,该多层薄膜材料中的Cr/PZT界面的内聚能较低,属于弱结合界面,沿着该界面的分层破坏为脆性断裂过程.本研究表明,宏观力学的内聚力模型同样适用于分析微米厚度薄膜的界面破坏问题.; 闫亚宾尚福林

纳米悬臂梁Si/Cu界面破坏的弹塑性内聚力模拟被引量：10: 2011年; 实验测试表明[Thin Solid Fil ms 516:1925-1930],纳米悬臂梁Si/Cu/Si N/Pt/C在弯曲载荷作用下发生沿Si/Cu界面的分层破坏,其载荷-位移曲线表现出明显的非线性行为.本文基于连续介质力学模型,对该实验观察到的界面裂纹萌生和沿界面扩展过程进行了数值模拟计算与分析.模拟计算中,采用指数型内聚力来表征Si/Cu界面本构关系,对Cu薄层分别按照线弹性和遵守Ramberg-Osgood型弹塑性本构关系来处理.通过与实验结果校准的方法,确定了该纳米悬臂梁中Si/Cu界面的结合强度诸参数.研究发现,内聚强度和内聚能是该内聚力模型的主导性参数;Cu薄膜层遵从线弹性本构关系更为适合于描述Si/Cu界面的分层破坏;与块体材料相比,纳米尺寸的Cu材料表现出很高的屈服应力和硬化指数,因此在整个过程中产生的塑性变形很小,这与前述的实验结果是一致的.; 赵朋飞尚福林闫亚宾魏孔军; 关键词：弹塑性

纳米材料力学行为的原子尺度模拟研究被引量：7: 2010年; 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.; 尚福林郭显聪北村隆行梅野宜崇; 关键词：纳米材料分子动力学模拟第一原理计算

微纳米材料及其结构的界面强度的实验研究被引量：12: 2008年; 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.; 尚福林北村隆行平方宽之; 关键词：微纳米材料

界面裂纹萌生与扩展的分子动力学模拟被引量：11: 2007年; 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．; 尚福林北村隆行; 关键词：界面端分子动力学模拟

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国家自然科学基金(90607013)