石墨烯中扩展格里菲斯裂纹平面外变形的原子模拟。

摘要

线弹性断裂力学概念已被广泛应用于表征纳米材料的断裂。在这些概念中，假定二维问题中已存在的裂纹在裂纹扩展过程中是平面的。然而，由于原子尺度上复杂的原子间相互作用，在许多应用中无法实现原子薄纳米结构的完美平面构型。在石墨烯等悬浮二维材料中，已经通过实验观察到波纹和褶皱的形成。在本研究中，我们采用分子动力学模拟方法研究了传播格里菲斯裂纹的面外变形的影响。对含中心裂纹的石墨烯薄片进行了纳米尺度单轴拉伸数值试验。研究的两个主要方面被考虑。首先研究了裂纹取向和裂纹表面的面外变形对裂纹尖端应力场的影响。二是研究了面外变形对石墨烯抗断裂性能的影响。裂纹尖端应力场分析表明，裂纹表面存在较大的横向压应力，导致裂纹发生面外变形。 Moreover, our results reveal that in the absence of the crack out-of-plane deformation, the fracture resistance of graphene approaches the value given by Griffith’s criterion at a relatively smaller crack length as compared to the case involving out-of-plane deformation.

接受版本可在此查阅:https://www.researchgate.net/publication/317037850_Atomistic_modeling_of..。

URL:https://link.springer.com/article/10.1007/s00707-017-1883-7