单晶硅各向异性纳米切削分子动力学研究

在293K温度下,通过分子动力学仿真软件LAMMPS建立单晶硅(100)、(110)和(111)不同晶面的纳米切削仿真模型,对样件内部原子之间相互作用选用改进型Tersoff势函数描述,并结合OVITO可视化分析,研究了样件的表面完整性演化规律和亚表层损伤机制.结果 表明:在纳米切削时,材料去除方式主要靠刀具的法向挤压产生塑性变形,在进给过程中少量材料挤压溢出到切槽两侧,大部分材料在刀具剪切作用下向前运动形成切屑.单晶硅(100)面刀具前端材料堆积最多,(110)面切痕两侧隆起材料最少且沿着切削方向形状整齐,切深较其他两个晶面较大.单晶硅(111)面亚表层损伤厚度最小值为3.02nm,切削表面最光滑,在非晶区域下方产生＜(11)0＞晶向规则排列的非晶位错.     

纳米切削加工模型的研究

本文从分析建立传统切削加工模型的理论基础和分析方法入手,指出该模型应用于纳米切削加工的不合理性,应用分子动力学仿真建立了纳米切削的加工模型。研究表明,在纳米切削过程中,当切削深度小于最小切削深度时,工件材料只发生了弹塑性变形,没有形成切屑。     

纳米切削多晶铜的分子动力学仿真研究

采用Voronoi方法建立了多晶铜切削模型,基于分子动力学方法实现了多晶铜纳米切削加工的二维分子动力学仿真。分别选用EAM势函数和Morse势函数来计算工件原子间以及工件原子和刀具原子间的相互作用。对切削过程和切削力的变化进行了分析,发现晶界会阻止位错向晶粒内部传播,在已加工区域表面,前一晶粒中的原子会随刀具运动到下一晶粒中形成晶界,切削过程中切削力随时间波动剧烈,并在晶界处会出现瞬时的峰值。     

多晶硅的纳米切削的分子动力学仿真研究

分子动力学方法是探索纳米级机械加工机理的有力工具。这里运用分子动力学方法对人工构造的多晶体材料——多晶硅的纳米切削进行了三维仿真，采用了最适用于碳族材料的Tersoff势函数来描述工件上的硅原子、刀具上的碳原子及他们之间的相互作用。材料模型中包含了点缺陷、线缺陷、不同晶向及晶界等在多晶体材料中出现频繁的典型结构。通过对结果的分析，使我们对多晶体的纳米切削机理有了新的认识。     

单晶铝纳米切削过程分子动力学模拟技术研究

运用分子动力学模拟技术建立单晶纳米切削模型,对纳米切削过程进行模拟,从分子间作用力和位错的角度对切屑形成过程和纳米加工表面的形成机理进行分析,并对切削刃刃口半径的大小和刀具磨损对已加工表面质量的影响进行研究。     

纳米尺度单晶铜材料表面切削特性分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究单晶铜材料表面纳米切削特性。通过对单晶铜纳米切削过程进行分子动力学建模、计算与分析,研究了不同切削速度及切削厚度对单晶铜材料表面纳米切削过程中微观接触区域原子状态和切削力变化的影响规律。研究结果发现：在单晶铜表面纳米切削过程中,切削速度越高,切屑堆积体积越大,切屑里原子的排列越紧密,位错缺陷分布区域越大;在同种切削速度下,切削厚度越大,在刀具前方堆积的切屑体积越大,位错缺陷越多。不同切削速度及切削厚度下,切削力曲线均在切削初期呈上升趋势,达到稳定切削状态后围绕稳定值进行波动,但在切削初期,切削速度及切削厚度越大,切削力上升幅度越大;达到稳定切削状态后,切削速度、切削厚度越大,切削力越大。     

多晶体纳米切削的分子动力学仿真研究

分子动力学方法是探索纳米级机械加工机理的有力工具。这里运用分子动力学方法对人工构造的多晶体材料———多晶硅的纳米切削进行了三维仿真,采用了最适用于碳族材料的Tersoff势函数来描述工件上的硅原子、刀具上的碳原子及他们之间的相互作用。材料模型中包含了点缺陷、线缺陷、不同晶向及晶界等在多晶体材料中出现频繁的典型结构。通过对结果的分析,使我们对多晶体的纳米切削机理有了新的认识。     

金属铜纳米切削的分子动力学模拟

微纳米科技的发展和器械的小型化对精细加工过程提出了更高的要求,深入理解微纳米的切削规律至关重要。本文运用分子动力学方法,对大尺寸的单晶及多晶铜进行了切削深度为0.1μm的计算模拟,并就切削过程中单晶和多晶内部微结构演化、温度及切削力变化进行了分析及对比。结果表明:多晶铜在切削过程中位错滑移集中在刀具前沿几个晶粒内,对未切削工件区域的影响较小,温度分布更为集中,切削力也略小于单晶。     

纳米切削实验研究

实现纳米科学技术的一个重要课题是纳米加技术的开发和应用,分析讨论目前广泛用于纳米测试中的扫描探针显微技术手段后,探讨直接内米切削的可能性和方法,并进行了实验研究。结果表明,开发的纳米切割方法毁可作为材料加工过程的研究手段,又具有很好的实实应用前景。     

纳米切削加工模型的研究

从分析建立传统切削加工模型的理论基础和分析方法入手,指出该模型应用于纳米切削加工的不合理性,应用分子动力学仿真建立了纳米切削的加工模型.研究表明,在纳米切削过程中,当切削深度小于最小切削深度时,工件材料只发生了弹塑性变形,没有形成切屑.     

单晶硅超精密加工的分子动力学仿真研究进展

介绍了分子动力学的基本原理和仿真方法,阐述了其在超精密加工机理研究中的重要作用,描述了应用分子动力学仿真技术研究单晶硅超精密加工时采用的Tersoff势能函数。对国内外应用分子动力学研究单晶硅超精密加工机理的进展情况进行了综合评述,指出了分子动力学仿真研究存在的问题和今后的发展方向。     

分子动力学仿真过程中硅晶体位错模型的构建

基于位错形成机理,在单晶硅晶体结构基础上描述了硅晶体位错形成的过程。应用偶极子模型,构建了60°滑移位错芯和螺旋位错芯,进而得到硅晶体含有60°滑移位错的模型和含有螺旋位错的模型。对含有螺旋位错的硅晶体模型进行了分子动力学仿真计算,分析了含有螺旋位错的硅晶体超精密磨削的加工过程,研究了含有螺旋位错缺陷的硅晶体纳米级磨削机理。     

单晶硅磨削过程分子动力学仿真并行算法

建立单晶硅超精密磨削过程的三维分子动力学仿真模型,分析分子动力学仿真串行程序特点和并行仿真的可行性,提出基于区域二次划分的分子动力学仿真并行算法.编制并行仿真程序,进行分子动力学仿真,从瞬间原子位置图方面分析单晶硅超精密磨削过程的加工机理.将并行仿真结果与串行程序仿真结果进行对比分析,从瞬间原子位置图和系统能量方面验证并行程序结果的正确性,在仿真规模和计算时间方面并行程序有很大优势,从而说明并行仿真程序是有效的,可以应用在不同原子规模的分子动力学仿真计算中.     

纳米磨削磨屑形成分子动力学仿真研究

采用分子动力学方法模拟了金刚石磨粒对单晶铜工件的纳米磨削过程。基于模拟结果分析了工件在磨削过程中应力及温度的变化,并据此建立了纳米磨削工作模型,研究了纳米磨削过程中磨屑的形成机理。模拟结果发现,磨粒在较大的压力作用下,磨削后工件表层有一定深度的形变产生,并存在{1 1 1}晶面滑移形变。     

单晶Ni3Al切削过程的分子动力学仿真研究

采用分子动力学方法构建了单晶Ni3Al纳米块和球形金刚石刀具模型,模拟金刚石刀具对单晶Ni3Al工件的纳米切削过程并分析切削过程中切屑和已加工表面的形成,切削力、工件温度和系统势能的变化规律.结果 表明:在切削区域,由于刀具的剪切和挤压作用,工件原子发生滑移,部分原子脱离初始位置,形成切屑和已加工表面;切屑和已加工表面...     

考虑空位缺陷的单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真

基于第一性原理,构建并验证了考虑空位缺陷的单晶硅纳米级磨削过程的分子动力学仿真模型.通过磨削过程的分子动力学仿真计算,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级磨削过程中原子瞬间位置变化、温度波动、作用力大小和势能波动等变化,解释了纳米级超精密磨削过程中材料的去除过程,描述了切屑形成过程和加工表面形成机理.分析了空位缺陷对加工过程和表面质量的影响,并对空位在仿真过程中的作用进行了研究.     

纳米有序体系膜分子动力学模拟系统的研究

纳米有序体系膜(超薄膜即膜厚趋于分子量级)的摩擦特性与宏观薄膜有很大的不同,但与纳米有序膜的微观结构有密切的关系。利用分子动力学模拟方法可以研究超薄膜(纳米有序体系膜)宏微观特性,本文主要研究了用VC 6．0与OpenGL结合模拟纳米有序膜的微观运动状态和特性,模拟纳米有序膜的失效机理,显示分子膜结构的变化对分子膜摩擦力的影响。同时,纳米有序膜系统中的能量损失也可得到。