準連續(xù)介質(zhì)法在納米壓痕中的應用

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 背景 1
1.2 納米材料和科學 3
1.2.1 納米材料的分類及其研究內(nèi)容 3
1.2.2 數(shù)值模擬納米材料 5
1.2.3 納米材料的特性 9
1.2.4 納米材料的應用 9
1.2.5 納米科學 10
1.3 納米力學 10
1.3.1 納米力學理論 11
1.3.2 實驗納米力學 11
1.3.3 計算納米力學 12
1.4 意義 14
參考文獻 14
第2章 多尺度材料模型及準連續(xù)介質(zhì)法 19
2.1 引言 19
2.2 多尺度材料模型基本理論 20
2.2.1 多尺度分析方法的一般描述 20
2.2.2 尺度科學計算中的基本問題和計算方案 22
2.2.3 多尺度模型協(xié)同算法 22
2.3 多尺度準連續(xù)介質(zhì)法的基本原理 25
2.3.1 原子模型的建立 26
2.3.2 系統(tǒng)的總能量 28
2.3.3 代表性原子的選取 28
2.3.4 代表性原子與準連續(xù)介質(zhì)勢能的計算 29
2.3.5 簡化的系統(tǒng)總能量 31
2.4 準連續(xù)介質(zhì)法 32
2.4.1 減少自由度 32
2.4.2 局部 QC方法 33
2.4.3 非局部 QC方法 34
2.4.4 局部/非局部區(qū)域的判定 34
2.4.5 局部/非局部界面耦合 35
2.4.6 “魔力” 的產(chǎn)生及修正 36
2.4.7 網(wǎng)格自適應 39
2.5 準連續(xù)介質(zhì)法的應用 40
2.5.1 納米壓痕 40
2.5.2 納米接觸 42
2.5.3 斷裂 44
2.5.4 晶界變形 45
2.6 準連續(xù)介質(zhì)法的應用和發(fā)展 46
參考文獻 47
第3章 納米壓痕技術(shù) 53
3.1 納米壓痕研究概況 53
3.1.1 納米壓痕的實驗研究 53
3.1.2 納米壓痕的數(shù)值研究 54
3.2 納米壓痕技術(shù)的理論方法 56
3.2.1 Oliver和 Pharr方法 57
3.2.2 應變梯度塑性理論 59
3.3 納米壓痕技術(shù)基本原理 62
3.3.1 壓頭幾何形狀的選擇 62
3.3.2 確定材料硬度（H）和彈性模量（E） 63
3.3.3 接觸剛度（S）與壓入深度（h）的關(guān)系 63
3.4 納米壓痕技術(shù)的應用 64
參考文獻 65
第4章 單晶銅與單晶鋁納米壓痕初始塑性變形過程模擬 71
4.1 引言 71
4.2 剛性圓柱壓頭納米壓痕計算模型 73
4.3 剛性圓柱壓頭模擬結(jié)果與討論 74
4.3.1 剛性圓柱壓頭載荷-位移曲線 74
4.3.2 接觸剛度-位移曲線 78
4.3.3 納米硬度-位移曲線 78
4.3.4 彈性模量-位移曲線 79
4.4 剛性矩形壓頭納米壓痕計算模型 80
4.5 剛性矩形壓頭模擬結(jié)果 82
4.5.1 剛性矩形壓頭載荷-位移響應 82
4.5.2 位錯形核 84
4.5.3 位錯的發(fā)射機制 86
4.5.4 幾何必須位錯密度 88
參考文獻 88
第5章 缺陷對納米壓痕過程的影響 90
5.1 初始表面缺陷對納米壓痕過程的影響 92
5.1.1 納米壓痕多尺度計算模型 92
5.1.2 模擬結(jié)果與分析 93
5.1.3 討論 96
5.2 表面粗糙程度對力學參量測量的影響 101
5.2.1 計算及理論模型 101
5.2.2 壓頭尺寸的影響結(jié)果與分析 104
參考文獻 107
第6章 晶格各向異性及壓頭尺寸對納米壓痕過程的影響 111
6.1 剛性矩形壓頭納米壓痕多尺度計算模擬 113
6.1.1 納米壓痕模型 113
6.1.2 納米壓痕方向選擇 113
6.1.3 模擬結(jié)果與分析 114
6.1.4 討論 120
6.2 納米壓痕壓頭尺寸效應分析 128
6.2.1 納米壓痕計算模型 128
6.2.2 結(jié)果及討論 130
參考文獻 135
第7章 雙層薄膜納米壓痕過程 139
7.1 層間界面對納米壓痕過程的影響 139
7.1.1 雙層薄膜納米壓痕多尺度計算模型 140
7.1.2 模擬結(jié)果與分析 141
7.1.3 討論 144
7.2 界面結(jié)構(gòu)對雙層薄膜納米壓痕過程的影響 148
7.2.1 Cu-Ag雙層薄膜系統(tǒng)納米壓痕多尺度計算模型 149
7.2.2 模擬結(jié)果與分析 151
7.2.3 討論 159
參考文獻 164
第8章 微電子機械系統(tǒng)納米接觸過程的微觀變形機制 168
8.1 微電子機械系統(tǒng) 168
8.2 楔形壓頭與光滑表面基體之間的納米接觸過程 176
8.2.1 光滑表面接觸模型 176
8.2.2 模擬結(jié)果與分析 177
8.2.3 討論 182
8.3 楔形壓頭與粗糙表面基體之間的納米接觸過程 188
8.3.1 單粗糙峰接觸模型 189
8.3.2 多粗糙峰表面接觸模型 194
參考文獻 203