Investigación

 

Simulación atomística de la fractura dinámica en un material frágil

 

J. Aldaco and M. Hinojosa

 

Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León, Av. Universidad s/n, Cd. Universitaria, San Nicolás de los Garza, Apartado Postal 076 F, NL 66450, México, e-mail: jaldaco@gama.fime.uanl.mx; hinojosa@gama.fime.uanl.mx

 

Recibido el 25 de abril de 2012
Aceptado el 27 de agosto de 2012

 

Resumen

En este trabajo se realizaron simulaciones de dinámica molecular (DM) de un modelo de tensión uniaxial bajo tasas de deformación (ε ≈ 3.9 × 10¹¹ s^-1) que permitieron la generación y la caracterización de la fractura dinámica en un nanomaterial frágil ideal (silicio) preagrietado. Estas simulaciones generaron la propagación de la grieta a una velocidad máxima promedio calculada de ≈ 2 km/s, con características similares a las observadas en experimentos a escala macroscópica, en otras simulaciones (y en la teoría). Entre estas similitudes estuvieron la propagación frágil de la grieta en los planos de clivaje (110) y (111), la influencia de los componentes tensoriales del esfuerzo en la trayectoria de la grieta, los valores promedio e instantáneos de la velocidad de la grieta y la morfología de las piezas simuladas; esta última similitud cualitativa con las superficies de fractura obtenidas en experimentos a escala macroscópica evoca el concepto de autoafinidad de las superficies.

Descriptores: Simulaciones por dinámica molecular; fractura dinámica; nano material; autoafinidad; superficies de fractura.

 

Abstract

In this work molecular dynamics simulations (MD) of a model of uniaxial tension at were made rates of deformation (ε ≈ 3.9 × 10¹¹ s^_1), that allowed the generation and the characterization of the dynamic fracture in a previously cracked ideal brittle nanomaterial (silicon). These simulations generated crack propagation at an average velocity of ≈ 2 km/s with characteristics similar to those observed in experiments at the macroscopic scale, in other simulations (and theory). Some of these similarities were the brittle propagation in the cleavage planes (110) and (111), the influence of the stress tensor in the crack path, average and instantaneous values of the crack speed and the morphology of the simulated samples; this last qualitative similarity with the fracture surfaces obtained in experiments on a macroscopic scale evokes the concept of self-affinity of the surfaces.

Keywords: Molecular dynamics simulations; dynamic fracture; nanomaterial; self-affinity; fracture surfaces.

 

PACS: 02.70.Ns; 62.25.Mn

 

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Refrencias

i. 1 paso de tiempo = 1.02 fs, este valor es similar al manejado por Bernstein et al. [28,29] (1 fs); al utilizado por Buehler et al. [31] (1.5 fs); y al empleado por Holland et al. [23].

ii. Esta limitante puede influir en la posibilidad de la nucleación de dislocaciones [31].

iii. Se utilizaron 3,500 pasos de tiempo (3.57 ps) para la propagación de la fractura en el plano (111), en tanto que en (110) y (100) se manejaron 7,000 pasos de tiempo (7.14 ps).

iv. Se utilizó XMakemol [43] como herramienta de visualización.

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