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建立本构关系是研究材料物性的有效方法。对应于材料的力学,热学等性质,都可以有相应的本构关系来描述。力学性质本构方程可以表示为应力应变关系,对于线性固体材料其比例为弹性常数,相应的应力应变关系为广义胡克定律。热力学性质则可用压强、内能、密度及温度等所构成的物态方程所描述。 首先,采用分子动力学模拟及涨落方法对固态材料力学、热学性质做了模拟计算。采用多体作用势对作为线性弹性材料的单质金属做了TtN(等温等压系综)和NVE(微正则系综)模拟,给出了Cu、Ag及Pb的晶格常数、弹性常数等,分析了原子间作用力、温度以及统计涨落对结果的影响。对于Pb结果中出现的突变,经分析发现其发生了固液相变。随后,采用Sutton-Chen(SC)作用势对二元合金体系做了分子动力学模拟。在这里计算了LiPb共熔体(Li17Pb83)的晶格常数及弹性常数。LiPb共熔体与Pb为fcc晶格,而Li为bcc晶格。为了获得SC势参数,利用MaterialsStudio第一原理模块得到了零温fcc晶格Li的结构以及体模量等,并以此为基础拟合了“的SC参数;然后以Li和Pb的势参数为基础获得了LiPb共熔体的SC作用势参数,并实施了分子动力学模拟,获得了其晶格常数以及弹性常数随温度的变化,并从变化曲线获得了熔点,并与实验值做比较分析。 物态方程方面,采用了QEOS(quotidianequationofstate)全局物态方程模型,分别对单质及混合物做了研究。QEOS物态方程包含三部分:电子部分、离子部分以及化学键修正部分。电子部分为Thomas-Fermi(TF)模型,通过求解Thomas-Fermi(TF)方程获得。在MPQeos中,由于TF方程本身的求解难度等问题,TF数据是通过列表插值获得。通过对TF方程求解过程的详细研究,改进了单质及混合物的TF方程求解方法,解决了迭代不收敛、精度等问题,从而实现了QEOS的主程序中直接求解TF方程获得电子数据。离子采用的是Cowan模型。由于求解TF方程可以方便的获得各组分的数密度,可以采用数密度改进离子模型的混合方法。化学键修正采用的是Morse势的形式,其参数由弹性模量的实验值,及常态下材料压强为零的条件拟合确定。采用改进后的单质QEOS计算了Al的物态性质,与已知结果是吻合的。混合物计算了LBE、LiPb二元混合物以及Ti2AlC等三元混合物的物态性质,给出了特定温度与密度下的压强、电离度等,并对电离平衡、不同温度密度下,电子及离子对总压强贡献等做出了分析。