Bor karbürün dinamik yük altında mekanik özelliklerinin moleküler dinamik yöntemlerle incelenmesi
Investigation of mechanical properties of boroncarbide under dynamic loading by molecular dynamicsmethods
Yazar: HÜSEYİN CENGİZ ÇEKİL
Danışman: PROF. DR. METİN ÖZDEMİR
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bor karbürün (B4C) dinamik yük altındaki mekanik davranı¸sını incelemek
üzere moleküler dinamik simülasyonları yapılmı¸stır. Bu amaçla atomik ¸sok
sıkı¸stırma simülasyon deneyleri [0001] ve [1010] çarpma yönleri için gerçekle¸stirilmi
¸stir. Atomlar arasındaki etkile¸sme reaktif kuvvet potansiyelleri (reaxFF) ile
temsil edilmi¸stir. Her iki yön için Hugoniot e˘grileri ve Hugoniot elastik limitleri
(HEL) belirlenmi¸stir. [0001] ve [1010] yönleri için HEL noktaları sırası ile 17 ve 19
GPa basınç de˘gerlerinde meydana gelmektedir. [0001] yönü ile kar¸sıla¸stırıldı˘gında
malzeme yapısal deformasyonlara [1010] çarpma yönünde daha iyi direnç göstermektedir.
Malzeme içinde ¸sok dalgası içinde üç farklı ¸sok cephesi olu¸smaktadır. ¸Sok
hızıUs ve piston hızıUp arasında plastik bölgede iki farklı lineer ili¸ski ortaya çıkmaktadır.
[0001] ve [1010] çarpma yönlerinde malzemenin amorf yapısı sırası ile ancak
2,0 km/s ve 3,0 km/s çarpma hızlarından sonra gözlenmi¸stir. Deformasyonların sebebi
olarak dü¸sünülen C-B-C zincirlerinin bükülmesi ve ikozahedronların kolektif
olarak aynı yönde dönmesi amorfla¸smadan önce gözlenmektedir ve her iki olgunun
derecesi çarpma hızına ve çarpma yönüne ba˘glıdır. B4C'de olu¸san yapısal de˘gi¸siklikler
radyal da˘gılım fonksiyonu kullanılarak ara¸stırılmı¸stır. Buldu˘gumuz sonuçlar
deneysel çalı¸smalar ile uyum içindedir.
Anahtar kelimler: Bor karbür, ¸Sok Dalgaları, Moleküler Dinamik, ReaxFF

Abstract:
Boron Carbide (B4C) is investigated by molecular dynamics simulations to
examine its mechanical behavior on the dynamics loading. Atomistic shock compression
simulations are carried out in [0001] and [1010] impact directions for that
purpose. Interaction between atoms is defined with reactive force field (reaxFF).
Hugoniot curves are obtained and Hugoniot elastic limits (HEL) are determined for
both directions. HEL points occur at about 17 and 19 GPa in [0001] and [1010] directions,
respectively. Resistance of material to structural deformations is higher for
[1010] direction compared to [0001]. Three wave fronts develop in shock wave profile
in the material. The shock velocity Us - particle velocity Up relations in plastic
region has bilinear nature. Amorphous state is observed above impact speeds 2.0 and
3.0 km/s, in [0001] and [1010] impact directions, respectively. Buckling of C-B-C
chains and lattice rotation as a whole which are considered as the causes of deformation
occur before amorphisation, the degree of both of which depends on impact
direction and impact speed. The changes in the structural order of B4C is investigated
using radial distribution function (RDF) analysis. Our numerical results compare favorably
with available experimental results.
Keywords: Boron Carbide, Shock Compression, Molecular Dynamics, ReaxFF
II