TENSILE STRENGTH OF POLYCRYSTALLINE NIAL NANOWIRES: A MOLECULAR DYNAMICS STUDY

Abstract

Bu tezde, NiAl alaşımının nano ölçekli tel modelleri oluşturulmuş ve bu modellerin moleküler dinamik simülasyonları yardımıyla zor-zorlanma davranışları incelenmiştir. Bu amaçla, atomlararası fiziksel etkileşmeler gömülü atom metodu ile modelllenmiş ve simülasyonlar açık kaynak kodlu LAMMPS kodları ile gerçekleştirilmiştir. Kare taban şekilli 2x2nm 2 , 3x3nm 2 , 4x4nm 2 , 5x5nm 2 , 6x6nm 2 ve 7x7nm 2 boyutlarında ve 10nm uzunluğunda toplam altı farklı model hazırlandı. Ayrıca, her model dört farklı grain içerecek şekilde çoğaltıldı, fakat tane şekillerinin hemen hemen aynı kalmasına özen gösterildi. Modellerdeki tanelerin sayısı 2, 3, 4 ve 5 dir. Dolayısıyla, en küçük model 3100 atom içerirken, en büyük model 40000 atom içerir. Hazırlanan modeller, ilk önce, her birisi 2fs olan toplam 20000 zaman adımı boyunca 300K sıcaklıkta termodinamik olarak dengelendiler ve kararlı yapılarına yerleşmeleri sağlandı. Daha sonra, model nanotellerde, kırılma noktasına kadar 1m/s hızla z yönünde gerilme kuvveti uygulandı. Bu süreçte modellerin termodinamik, mekanik ve yapısal özellikleri moleküler dinamik hesaplamalar yapılarak belirlendi. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, zor- zorlanma eğrilerinden Young modülleri ve nanotellerin akma mukavemetleri belirlendi. Sonuçlar literatür ile karşılaştırılarak tartışıldı.

In this thesis, polycrystalline nanowire models of NiAl alloy were created and the stress-strain behavior of these models was investigated by using the molecular dynamic simulations. For this purpose, physical interactions between atoms are modeled by the embedded atom method and simulations are performed with open source code LAMMPS package. A total of six different models with square-shaped in size of 2x2nm 2 , 3x3nm 2 , 4x4nm 2 , 5x5nm 2 , 6x6nm 2 , and 7x7nm 2 and 10nm length were prepared. Also, each model has been replicated to contain four different numbers of grains, but the almost same shaped. The number of grains in the models are 2, 3, 4, and 5. Thus, while at least the small model contains 3100 atoms, the largest model contains 40000 atoms. The prepared models were first thermodynamically relaxed at 300K temperature for 20000 time steps each of 2fs. and settled in stable structures. Then, on the model nanowires, tensile forces were applied in the z direction with a speed of 1m/s strain until the fracture point. In this process, thermodynamic, mechanical and structural properties of the models have been determined by performing molecular dynamic calculations. From the obtained results, Young modules and yield strengths of nanowires were calculated from the stress-strain curves. The results are discussed in comparison with the literature.