含中心裂纹石墨烯拉伸性能的分子动力学模拟

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2014.04.009

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2014, Vol. 42 ›› Issue (4): 52-58.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2014.04.009

含中心裂纹石墨烯拉伸性能的分子动力学模拟

韩强王彩红辛东嵘

华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510640

收稿日期:2013-09-10 修回日期:2014-01-02 出版日期:2014-04-25 发布日期:2014-03-03
通信作者: 韩强(1963-)，男，教授，博士生导师，主要从事非线性动力学研究． E-mail:emqhan@scut.edu.cn
作者简介:韩强(1963-)，男，教授，博士生导师，主要从事非线性动力学研究．
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(11272123)

Molecular Dynamics Simulation of Tensile Properties of Graphene Sheets with Central Crack

Han Qiang Wang Cai- hong Xin Dong- rong

School of Civil Engineering and Transportation,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China

Received:2013-09-10 Revised:2014-01-02 Online:2014-04-25 Published:2014-03-03
Contact: 韩强(1963-)，男，教授，博士生导师，主要从事非线性动力学研究． E-mail:emqhan@scut.edu.cn
About author:韩强(1963-)，男，教授，博士生导师，主要从事非线性动力学研究．
Supported by:
国家自然科学基金资助项目(11272123)

摘要/Abstract

摘要： 基于分子动力学方法，采用 Tersoff 势函数，研究了含中心裂纹扶手椅型单层石墨烯薄膜的破坏过程．得到了相应的应力- 应变曲线及破坏形态，分析了裂纹尺寸、应变率以及温度变化对含中心裂纹石墨烯薄膜拉伸力学性能的影响．研究结果表明: 随着裂纹尺寸的增大及温度的升高，石墨烯薄膜的破坏强度和破坏应变均减小，裂纹开始扩展时对应的应力减小; 随着应变率增大，石墨烯薄膜的破坏强度和破坏应变均增加，裂纹的起裂应力及扩展过程中的平均速度均增加; 薄膜的破坏均是从中心裂纹附近开始，随着裂纹尺寸、应变率及温度的变化，石墨烯薄膜表现出不同的破坏机制; 较高应变率作用下，薄膜中心和边缘处均出现 C—C 键断裂．

关键词: 石墨烯薄膜, 中心裂纹, 分子动力学, 裂纹尺寸, 应变率, 温度

Abstract:

The destruction process of armchair single- layered graphene sheets with central crack was investigatedvia the molecular dynamics simulation based on Tersoff potential function,and the corresponding stress- straincurves as well as the failure mode were obtained.Then,the effects of crack length,strain rate and temperature onthe tensile mechanical properties of armchair graphene sheets with central crack were explored.It is found that (1)the fracture strength,the fracture strain and the crack initiation stress all decrease with the increase of crack lengthand temperature; (2) with the increase of strain rate,the fracture strength and strain,the crack initiation stressand the average cracking speed increase accordingly; (3) the fracture begins around the central crack and exhibitsdifferent deformation mechanisms with the variation of crack length,strain rate and temperature; and (4) C-Cbonds break in both the center and the edge of graphene sheets at higher strain rates.

Key words: graphene sheet, central crack, molecular dynamics, crack length, strain rate, temperature

中图分类号:

TB39

韩强王彩红辛东嵘. 含中心裂纹石墨烯拉伸性能的分子动力学模拟[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2014, 42(4): 52-58.

Han Qiang Wang Cai- hong Xin Dong- rong. Molecular Dynamics Simulation of Tensile Properties of Graphene Sheets with Central Crack[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2014, 42(4): 52-58.

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含中心裂纹石墨烯拉伸性能的分子动力学模拟

Molecular Dynamics Simulation of Tensile Properties of Graphene Sheets with Central Crack

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