Молекулярно-динамическое исследование процесса кратерообразования при высокоскоростном взаимодействии металлических кластеров с подложкой

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В представленной работе в рамках метода молекулярной динамики были проведены численные эксперименты по исследованию ударного взаимодействия металлических нанокластеров различного размера с металлической подложкой в широком диапазоне скоростей. Анализ полученных данных показал, что объем кратера остается пропорциональным энергии ударника и обратно пропорциональным динамической прочности материала, причем угловой коэффициент прямой не зависит от размера кластера и материала кластер-подложка.

Об авторах

А. В. Уткин

Институт теоретической и прикладной механики
им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: utkin@itam.nsc.ru
Россия, Новосибирск

В. М. Фомин

Институт теоретической и прикладной механики
им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет

Email: utkin@itam.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Златин Н.А., Красильщиков А.П., Мишин Г.И. Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях. М.: Наука, 1974.
  2. Bruce E.P. Review and analysis of high velocity impact data // Proc. 5th Symposium on Hypervelocity Impact. Denver, USA, 1961. P. 439–474.
  3. Herrmann W., Jones A.H. Correlation of hypervelocity impact data // Proc. 5th Symposium on Hypervelocity Impact. Denver, USA, 1961. P. 389–439.
  4. Holsapple K.A. The scaling of impact phenomena // Intern. J. Impact Engineering. 1987. V. 5. Iss. 1–4. P. 343–355.
  5. Denardo B.P., Summers J.L., Nysmith C.R. Projectile size effects on hypervelocity impact craters in aluminum // NASA technical note D-4067. 1967.
  6. Frenkel D., Smit B. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications. Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2001.
  7. Allen M.P., Tildesley D.J. Computer Simulation of Liquids. Oxford: Oxford University Press, 1987.
  8. Germann T.C. Large-scale molecular dynamics simulations of hyperthermal cluster impact // Intern. J. Impact Engineering. 2006. V. 33. Iss. 1–12. P. 285–293.
  9. Ma Xn-Ling, Yang Wei. Supersonic wave propagation in Cu under high-speed cluster impact // Nanotechnology. 2004. V. 15. № 5.
  10. Pogorelko V.V., Krasnikov V.S., Mayer A.E. High-speed collision of copper nanoparticles with aluminum surface: Inclined impact, interaction with roughness and multiple impact // Computational Materials Science. 2018. V. 142. P. 108–121.
  11. Daw M.S., Baskes M.I. Embedded-atom method: Derivation and application to impurities, surfaces, and other defects in metals // Phys. Rev. B 29. 1984. 6443. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.29.6443
  12. Voter A.F. Embedded Atom Method Potentials for Seven FCC Metals: Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, and Al. // Los Alamos Unclassified Technical Report LA-UR-93-3901. 1993.
  13. Zope R.R., Mishin Y. Interatomic potentials for atomistic simulations of the Ti-Al system // Phys. Rev. B 68 024102. 2003. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.68.024102
  14. Golovnev I.F., Golovneva E.I., Utkin A.V. Effect of the nanorod size on energy absorption at the microlevel under cyclic loading // Physical Mesomechanics. 2019. V. 22. № 5. P. 420–431. https://doi.org/10.1134/S1029959919050084
  15. Golovnev I., Golovneva E., Utkin A. Molecular-dynamics investigation of the initial failure of the nanosized rod under uniaxial cyclic load // Engineering Failure Analysis. 2019. V. 105. P. 672–687. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.07.040
  16. Golovnev I.F., Golovneva E.I., Utkin A.V. A study into the temperature and size effects in nanostructures on their fracture under external mechanical loads // Physical Mesomechanics. 2018. V. 21. № 6. P. 523–528. https://doi.org/10.1134/S1029959918060073
  17. Golovnev I.F., Golovneva E.I. A study of the radius dependence of thermodynamic parameters for metal nanospheres // Physical Mesomechanics. 2020. V. 23. № 3. P. 189–192. https://doi.org/10.1134/S1029959920030017
  18. Golovnev I.F., Golovneva E.I. Calculation of the temperature dependence of the surface energy of metal nanoclusters in a wide range of their radii // Physical Mesomechanics. 2020. V. 23. № 4. P. 316–323. https://doi.org/10.1134/S1029959920040050
  19. Utkin A.V., Fomin V.M., Golovneva E.I. Parallel molecular dynamics for silicon and silicon carbide: MPI, CUDA and CUDA-MPI implementation // AIP Conference Proceedings: High-Energy Processes in Condensed Matter. AIP Publishing, 2020. V. 2288. P. 030083(12). https://doi.org/10.1063/5.0028297
  20. Utkin A.V. Analysis of parallel molecular dynamics for MPI, CUDA and CUDA-MPI implementation // Mathematica Montisnigri 2017. V. 39. P. 101–109. WoS: 000419276200008
  21. Ozhgibesov M.S., Leu T.S., Cheng C.H., Utkin A.V. Studies on argon collisions with smooth and rough tungsten surfaces // J. Molecular Graphics and Modelling. 2013. V. 45. P. 45–49.
  22. Herrmann W., Wilbeck J.S. Review of hypervelocity penetration theories // Intern. J. Impact Engineering. 1987. V. 5, Issues 1–4. P. 307–322.
  23. Shanbing Yu, Gengchen Sun, Qingming Tan. Experimental laws of cratering for hypervelocity impacts of spherical projectiles into thick target // Intern. J. Impact Engineering. 1994. V. 15. Iss. 1. P. 67–77.
  24. Baker J.R. Hypervelocity crater penetration depth and diameter – a linear function of impact velocity? // Intern. J. Impact Engineering. 1995. V. 17. Iss. 1–3. P. 25–35.
  25. Tabor D. The Hardness of Metals. Oxford: Oxford University Press, 1951.
  26. Tirupataiah Y., Sundararajan G. A dynamic indentation technique for the characterization of the high strain rate plastic flow behaviour of ductile metals and alloys // J. Mechanics and Physics of Solids. 1991. V. 39. Iss. 2. P. 243–271.
  27. Koeppel B.J., Subhash G. Characteristics of residual plastic zone under static and dynamic Vickers Indentations // Wear. 1999. V. 224. P. 56–67.
  28. Verkhovtsev A.V., Yakubovich A.V., Sushko G.B., Hanauske M., Solov’yov A.V. Molecular dynamics simulations of the nanoindentation process of titanium crystal // Computational Materials Science. 2013. V. 76. P. 20–26.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (29KB)
Метаданные
3.

Скачать (20KB)
Метаданные

© А.В. Уткин, В.М. Фомин, 2023