Prvoprincipiální analýza stability krystalů pevných látek
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Cílem vědeckovýzkumné činnosti v průběhu autorova doktorského studia byla analýza mechanické stability kubických krystalů při vnějším zatížení. V této práci je ukázáno, jakým způsobem byla posuzována mechanická stabilita fcc krystalů (C, Al, Ir, Pt, Au) za podmínek izotropního (hydrostatického) tahového zatížení. K tomuto účelu bylo použito ab initio metod. Studované krystaly byly podrobeny simulované izotropní tahové deformaci a byla posouzena jejich elastická stabilita. Výsledky této analýzy ukazují, že elastické porušení Al, Pt a Au souvisí s vymizením trigonálního smykového modulu, přičemž diamant a Ir zůstávají stabilní až do dosažení maxima napětí. Podle vypočtené pásové struktury si krystal diamantu zachovává svůj charakter izolantu až do tohoto porušení. Následně byla určena fononová spektra metodou lineární odezvy a bylo provedeno studium dynamické stability. Získané výsledky odhalují měkké módy u Al, Pt a Ir dříve než by došlo k jejich elastickému porušení. Vybrané krátkovlnné nestability jsou potvrzeny vytvořenými modely mikroskopické deformace i disperzními závislostmi stanovenými pomocí metody nadmříží. Vlivem nalezených nestabilit je kritická deformace příslušná maximu napětí snížena až o 40 %, přičemž kritické napětí je redukováno maximálně o 20 %.
The aim of the author’s research in the period of his PhD study was the analysis of mechanical stability of cubic crystals under external loading. This work demonstrates several methods used for a study of mechanical stability of fcc crystals (C, Al, Ir, Pt, Au) during isotropic (hydrostatic) tensile loading. Ab initio methods were used for this purpose. Studied crystals were subjected to simulated isotropic tensile deformation and an analysis of elastic stability was performed. This analysis shows that first elastic instability in Al, Pt and Au crystals corresponds to vanishing of the trigonal shear modulus and diamond, Ir remains stable up to the state of maximum isotropic stress. According to the calculated band structure diamond crystal preserves his insulating character up to the onset of instability. Consequently, phonon spectra of all crystals were calculated using the linear response method and their dynamic stability was assessed. Obtained results reveal soft phonon modes in Al, Pt and Ir before an occurrence of elastic instability. Selected short-wavelength instabilities are confirmed using models of microscopic deformation and also using dispersion curves obtained by a supercell method. The observed instabilities lower critical strains related to the volumetric instability up to 40 % whereas the reduction of critical stress is by 20 % at the most.
The aim of the author’s research in the period of his PhD study was the analysis of mechanical stability of cubic crystals under external loading. This work demonstrates several methods used for a study of mechanical stability of fcc crystals (C, Al, Ir, Pt, Au) during isotropic (hydrostatic) tensile loading. Ab initio methods were used for this purpose. Studied crystals were subjected to simulated isotropic tensile deformation and an analysis of elastic stability was performed. This analysis shows that first elastic instability in Al, Pt and Au crystals corresponds to vanishing of the trigonal shear modulus and diamond, Ir remains stable up to the state of maximum isotropic stress. According to the calculated band structure diamond crystal preserves his insulating character up to the onset of instability. Consequently, phonon spectra of all crystals were calculated using the linear response method and their dynamic stability was assessed. Obtained results reveal soft phonon modes in Al, Pt and Ir before an occurrence of elastic instability. Selected short-wavelength instabilities are confirmed using models of microscopic deformation and also using dispersion curves obtained by a supercell method. The observed instabilities lower critical strains related to the volumetric instability up to 40 % whereas the reduction of critical stress is by 20 % at the most.
Description
Citation
ŘEHÁK, P. Prvoprincipiální analýza stability krystalů pevných látek [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2013.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Fyzikální a materiálové inženýrství
Comittee
prof. Ing. Jiří Švejcar, CSc. (předseda)
RNDr. Jiří Buršík, CSc. (člen)
prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc. (člen)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (člen)
prof. RNDr. Jaroslav Pokluda, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jan Vřešťál, DrSc. (člen)
Date of acceptance
2013-10-15
Defence
Přínosem práce je analýza stability deformovaných struktur na základě furonových spekter a nalezení první furonové nestability, která odpovídá dosažení strukturní nestability a teoretické pevnosti pro studovaný druh zatěžování. Výsledky práce byly publikovány ve dvou článcích v časopisech s impaktním faktorem.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení