本工作的主要目的是研究表面应力对弯曲行为和性能的影响具有固定/固定和固定/自由边界条件的金纳米线。结果是通过使用最近开发的表面Cauchy-Born模型获得的，该模型通过三维非线性有限元公式捕捉表面应力对纳米结构弹性特性的影响。在目前的工作中有几个有趣的发现。首先，我们量化了弯曲变形导致纳米线的应力场和位移场。在这样做的过程中，我们发现，无论边界条件如何，纳米线中由于在任何应用弯曲变形之前由表面应力引起的变形而产生的应力支配着弯曲变形产生的任何应力，除非非常大施加弯曲应变。相反，当从弯曲纳米线的应力场和位移场中减去弯曲前由表面应力引起的应力和位移时，我们发现弯曲应力和变形确实符合体连续梁理论的预期解，但仅在纳米线体中，而不是纳米线表面。其次，我们发现表面应力引起的变形也对从弯曲模拟中提取的纳米线杨氏模量有显著影响，其中还发现了强烈的边界条件依赖性。通过将所有结果与使用各种线性表面弹性理论获得的结果进行比较，我们证明了非线性，捕获由表面应力诱导变形引起的体弹性和表面弹性特性变化的有限变形公式对于再现实验观察到的金属纳米线杨氏模量的边界条件依赖性至关重要。此外，我们证明，仅基于表面能的线性表面弹性理论错误地预测了杨氏模量随纳米线尺寸的减小而增加，与边界条件无关。相反，虽然基于Gurtin和Murdoch形式主义的线性表面弹性理论可以从理论上预测尺寸减小的弹性软化，但我们证明，无论边界条件如何，在本工作中考虑的纳米线几何结构范围内，由于表面应力导致的硬化主导了由于表面刚度导致的软化。最后，我们确定当通过弯曲或共振两种边界条件计算时，纳米线的杨氏模量基本相同，这表明，在两种加载条件下，表面效应对纳米线的弹性性能都有类似的影响。
5更多内政部：https://doi.org/10.103/PhysRevB.79.195421
