基于原子势的连续介质理论下的石墨烯纳米带的塑性形变研究

In the development of mechanics framework for graphene, the atomistic-continuum theory has exhibited advantages in the analysis of small elastic deformations. However, the problems of plastic deformation has to be faced in the experimental investigation, nano-device applications and so on. It will be the next challenge to overcome in nanoscale research. The present project aims to inverstigat plastic behaviors of graphene nanoribbon by an atomistic-based continuum method. Then, the study makes discussions of loading-path dependence and loading-amplitude dependence. This study not only gives the plastic of theoretical predictions of graphene nanoribbon and single-walled carbon nanotubes, but also provides a new method for mechanics research of monolayer crystal films.

石墨烯类材料的力学研究理论框架尚未成熟，基于原子势的连续介质理论的提出为其力学分析开辟了新的途径，且在小变形弹性变形研究中已经展现优势。但是在石墨烯相关实验分析设计、器件应用开发中，塑性形变是必须面对的，而目前国内外尚缺少相关研究。本项目旨在建立一种基于原子势的连续介质方法, 调查当石墨烯纳米带的形变达到一定程度, 石墨烯纳米带的键长键角是否有能力恢复到初始状态? 然后针对其塑性形变、幅值、路径的相关性问题展开讨论.本研究不仅可以提高和指导现有相关实验的理论分析深度，而且为纳米器件的设计开发提供重要理论准则，更重要的为该类材料其它性质研究铺平道路。

基于原子势的连续介质理论是一种正在发展的理论，在石墨烯纳米带的小变形力学性能的计算中已经展现优势。在本研究中，在将该理论扩展到石墨烯纳米带的大变形拉压问题研究中，我们发现大变形的幅值直接影响泊松比，所以不能再采用传统小变形下的泊松比近似取定值的方法，泊松比与变形的大小相关，同时泊松比也与势函数息息相关。所以本研究提出一种泊松比的计算方法，可以在不同势函数、不同变形大小和不同作用方向下的泊松比。从而为大变形计算铺平道路。同时在石墨烯纳米带的大变形弯曲中，本研究发现内切Cauchy-Born理论在应用中，存在较大的计算障碍，在沿着锯齿型与手性方向弯曲过程中，石墨烯纳米带的弯曲的内切面是为一个非单一弯曲曲面，在能量计算中将耗费过大的计算量，本研究着力提出一种多层圆柱面的方法，将一个复杂曲面通过能量化简成多个单一圆柱曲面从而解决问题.

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