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分享一个 SMATool 程序：用于评估材料在零温（使用密度泛函理论）和有限温度（使用从头算分子动力学）下的拉伸、剪切、双轴和压痕强度（维氏硬度）。

感谢论文的原作者！

关键词：

1. Strength of materials

2. Tensile strength

3. Shear strength

4. Indentation strength

5. Computational toolkit

6. Ab-initio computations

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主要内容

“材料强度研究是材料科学和工程学的基石，对材料在不同工业领域的进步和应用起着至关重要的作用。通过对材料强度的细致研究，可以了解材料在不同应力条件和环境下的行为，从而为材料选择和结构设计提供指导。在此，我们介绍一种计算工具包，用于高效计算和分析三维、二维、一维和管状二维纳米结构和纳米管以及一维纳米带在零温和有限温度下的材料强度。该工具包能够计算各种尺寸的拉伸、剪切、极限、屈服和压痕（维氏硬度）强度以及储能能力。我们在零温和有限温度下进行了多次计算，以验证所开发软件的准确性和可靠性。结果表明，该软件包提供了与现有材料强度数据相一致的准确预测。该软件包与广泛使用的电子结构代码（如 VASP 和 Quantum Espresso）无缝集成，为学术研究人员和行业专业人士提供了友好的用户界面。”——取自文章摘要。

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主要特征

1. SMATool程序介绍

    SMATool -- 材料强度分析工具包（Strength of Materials Analysis Toolkit）是一个综合计算软件包，用于评估材料在零温（使用密度泛函理论）和有限温度（使用非线性分子动力学）下的拉伸、剪切、双轴和压痕强度（维氏硬度）。SMATool 集成了先进的算法，并利用 VASP 和 QE 等成熟的电子结构代码作为应力计算器，为分析一维、二维和三维材料的强度提供了一个强大的平台。

2. SMATool 的重要性

    SMATool 的意义在于它能够提供准确有效的强度参数，这在材料设计和分析中至关重要。了解这些机械性能有助于预测材料在不同加载条件和不同环境下的行为，有助于开发具有优化性能特征的材料。

3. SMATool 的优势

    a. 单轴拉伸强度：材料在拉伸或拉拔过程中失效前可承受的最大应力。拉伸强度在材料受拉伸的应用中至关重要。拉伸强度可沿不同方向计算：X、Y、Z 和临界平面方向。

    b. 双轴强度：材料在双轴应力条件下的强度。这对于在两个垂直方向上承受应力的材料来说非常重要。

    c. 剪切强度：用于测量材料抵抗剪切载荷的能力，这对于了解材料在平行于材料表面受力时的表现至关重要。剪切强度可沿临界平面方向和滑移方向确定。

    d. 压痕强度：衡量材料在局部压缩力作用下抗变形能力的指标。可用于量化材料的维氏硬度。

    此外，SMATool 软件包还可计算上述每种强度的屈服强度，以及材料在极限应变时的相应储能能力（单位为 MJ/L 和 Wh/Kg）。

4. SMATool 压力计算

    SMATool 使用 VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）和 QE（Quantum Espresso）作为计算，确保了高精度和高可靠性。这些功能强大的电子结构代码与 ASE（原子模拟环境）后台相结合，可以进行详细而精确的材料分析。

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Figure 1

Figure 2

Figure 3

Figure 4

Figure 5

Figure 6

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