[发明专利]一种硅碳基陶瓷涂层界面力学特性的跨尺度分析方法

摘要

本发明公开了一种硅碳基陶瓷涂层界面力学特性的跨尺度分析方法，采用基于混合法则的Tersoff三体势函数描述碳化硅基陶瓷材料内部各原子的相互作用；采用EAM势函数描述金属基体材料内部原子的相互作用；采用Buckingham函数和Morse势函数描述碳化硅基陶瓷与金属基体界面的相互作用；利用大规模MD对材料界面进行I型和II型断裂模拟，利用大规模MD断裂模拟中初始裂纹附近的应力和位移参数，提取CZM模型的TSL信息，获得硅碳基陶瓷和金属基体各自的界面TSL函数。本发明能更有效地对不同材料界面进行分析及设计，因而提高了涂层结构的设计效率并大大降低了设计成本。

主权项

1.一种硅碳基陶瓷涂层界面力学特性的跨尺度分析方法，其特征在于：采用基于混合法则的Tersoff三体势函数描述碳化硅基陶瓷材料内部各原子的相互作用；采用EAM势函数描述金属基体材料内部原子的相互作用；采用Buckingham函数和Morse势函数描述碳化硅基陶瓷与金属基体界面的相互作用；利用大规模MD对材料界面进行I型和II型断裂模拟，利用大规模MD断裂模拟中初始裂纹附近的应力和位移参数，提取CZM模型的TSL信息，获得硅碳基陶瓷和金属基体各自的界面TSL函数；所述获得界面TSL函数的具体方法按下述步骤进行：1)在硅碳基陶瓷和金属基体界面处加入一条0.5nm×0.25nm的初始裂纹；2)以盒子底部和顶部1nm范围的原子区域作为加载层，拉伸和剪切加载通过在加载层原子施加作用力实现；3)I型和II型断裂时，每次施加作用力10‑10N，并弛豫10ps使系统达到平衡状态；4)将沿初始裂纹方向±8nm范围作为TSL信息的采集区域，并将采集区域分为两层，第一层沿裂纹方向分为宽度0.5nm×0.5nm的子区域，用于收集裂尖附件应力应变信息；第二层沿裂纹方向分为宽度1nm×1nm的子区域，用于收集垂直裂纹方向的应力应变信息；5)每隔0.5ps，计算I型和II型断裂每个TSL信息采集子区域内的平均拉伸应力σyy、平均剪切应力τxy，以及子区域界面两边的原子在拉伸方向和剪切方向相对位移的平方和λ，直到界面完全断裂为止；6)根据模式I和模式II局部应力‑张开曲线与载荷类型的相关性，以式(6)为基本形式构建CZM模型的TSL函数T(λ)：T(λ)＝A1σyyλ+A2τxyλexp(Bλ)  (6)其中T为加载层的累积作用力，A1、A2、B是系数。