基于反应力场分子动力学建模的黏土吸水纳米尺度裂纹扩展
材料科学
2023-04-26 v1
摘要
黏土中的原子尺度开裂机制对于发现连续尺度下黏土的开裂机制至关重要,因为黏土是一种纳米材料。在本文中,我们通过采用键级力场的反应分子动力学,研究了叶蜡石和钙蒙脱石在吸水条件下的I型与II型裂纹扩展机制。通过将水分子添加到黏土表面来考虑黏土吸水。在平衡阶段,吸水可导致预定义边缘裂纹区域的弯曲变形。水分子相对较小的取向角表明在裂纹扩展过程中形成了氢键。吸附水的峰值数密度随应变增大而减小。分析了加载下裂纹尖端的原子结构演化以解释纳米尺度裂纹扩展机制。数值结果表明,裂纹尖端首先发生钝化,曲率半径显著增大而裂纹长度略有变化。通过追踪I型和II型裂纹中四面体Si-O单元内的裂纹尖端张开距离与O-Si-O角来研究裂纹尖端钝化。我们比较了Al-O与Si-O之间的断键行为。发现Si-O断键主要负责裂纹扩展。由MD模拟结果确定了临界应力强度因子与临界能量释放率。
引用
@article{arxiv.2209.01226,
title = {Nanoscale crack propagation in clay with water adsorption through reactive MD modeling},
author = {Zhe Zhang and Xiaoyu Song},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.01226},
year = {2023}
}