VASP计算材料的弹性矩阵和杨氏模量
1D材料的胡克定律也就是我们所熟知的线弹性模型,即是我们初中阶段就学习过的 F = k Δ x ,用更加标准和统一的形式可以写作:
σ = C ϵ
对于1D材料,其中三个关键参数分别为:
值得注意的是,考虑到在变形过程中材料的弹性常数并不是恒定的,因此在这里计算应力和应变有两种方法并且通常存在一定差别,这就是我们常说的工程应力、工程应变和真应力、真应变,具体可以参考这篇帖子: https://www.zhihu.com/question/294496637
相较于1D材料,2D材料除了增加了一个维度的正应变之外,还多出了一个切应变,如下图所示:
相应地应力部分多出了一个切应力,用公式表示为:
⎝ ⎛ σ x x σ y y σ x y ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ C 1 1 C 2 1 C 3 1 C 1 2 C 2 2 C 3 2 C 1 3 C 2 3 C 3 3 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ ϵ x x ϵ y y ϵ x y ⎠ ⎞
其中应力的表达式为:
σ = l F
对于正应力, l 是指与力垂直方向的长度,对于切应力, l 是指与力平行方向的长度,正应变的定义与1D的情况是一致的,而切应变指的是角度的变化,即是: ϵ x y = θ 0 θ − θ 0 = θ 0 Δ θ ,应力和弹性矩阵在SI制下的单位都是 N / m ,而应变同样是无量纲的数。
3.3D材料的胡克定律类似地,3D材料的胡克定律与上面具有相似的形式,不同的是由于维度的增加导致材料的变形自由度增加,如下图所示:
相应的表达式变为:
⎝ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎛ σ x x σ y y σ z z σ x y σ x z σ y z ⎠ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎞ = ⎝ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎛ C 1 1 C 2 1 C 3 1 C 4 1 C 5 1 C 6 1 C 1 2 C 2 2 C 3 2 C 4 2 C 5 2 C 6 2 C 1 3 C 2 3 C 3 3 C 4 3 C 5 3 C 6 3 C 1 4 C 2 4 C 3 4 C 4 4 C 5 4 C 6 4 C 1 5 C 2 5 C 3 5 C 4 5 C 5 5 C 6 5 C 1 6 C 2 6 C 3 6 C 4 6 C 5 6 C 6 6 ⎠ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎞ ⎝ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎛ ϵ x x ϵ y y ϵ