Einfluss der Oberflächenspannung auf die mechanische Reaktion von nanoporösen Metallen, untersucht mit einem atomistisch informierten Kontinuumsmodell
18.10.2021
Der Einfluss von Oberflächenspannungen auf das Verformungsverhalten nanoporöser Metalle wird als Hauptgrund für die in atomistischen Simulationsstudien von nanoporösen Metallen beobachtete Zug-Druck-Asymmetrie angesehen. Während es schwierig ist, bei atomistischen Simulationen zwischen den Beiträgen von linearer und nichtlinearer Elastizität, Versetzungsaktivität, Topologie und Oberflächenspannungen zu unterscheiden, ermöglicht die Kontinuumsmechanik eine Entflechtung dieser Effekte durch systematische Variation der verwendeten konstitutiven Beziehungen.
In dieser Studie untersuchten wir die elastische Reaktion einer nanoporösen Au- und Ag-Struktur sowohl durch molekularstatische Simulationen als auch durch ein elastisches Kontinuumsmodell, das Oberflächenspannungen und elastische Anisotropie einschließt. Die dreidimensionale periodische atomistische nanoporöse Struktur wird trianguliert und auf das Kontinuumsmodell übertragen, in dem Periodizität, elastische Anisotropie und Oberflächenspannungen berücksichtigt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Oberflächenspannung als mechanische Vorspannung wirkt und dass die elastische Reaktion empfindlich auf die Belastungsrichtung reagiert. Im elastischen Bereich wird ein asymmetrisches Verhalten beobachtet. Außerdem zeigen wir, dass Stellen, an denen die Versetzungsaktivität beginnt, hohe von-Mises-Spannungen aufweisen.
