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。     

单晶铜纳米切削机理分析

为了进一步深入研究纳米切割的机理,并拓展纳米切削的应用,有必要对单晶铜纳米切削机理展开详细的分析与研究。利用分子动力学的仿真软件,建立了单晶铜的纳米切削仿真模型,仿真研究不同厚度和不同切削速度下的纳米切割过程。研究结果表明：单晶铜纳米切削过程实质为原子的剪切和挤压,随着切削厚度和切削速度的不断增加,切削力也增大。其中,切削厚度对切削力的影响更为直接。研究成果为下一步纳米切削的深入研究提供了参考依据。     

有孔纳米单晶铜薄膜拉伸断裂特性的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟有孔纳米单晶铜薄膜的拉伸断裂过程.通过施加拉伸应变驱动原子运动和小孔变形,展示有孔纳米单晶铜薄膜随应变增加的原子位形直观分布;超过弹性极限后,位错发生于小孔的应力集中处.计算所得原子平均能量随变形的增长趋势,结果表明,有孔纳米单晶铜薄膜的变形机制可以显著地分为三个阶段,弹性延伸、塑性滑移、沿位错线开裂.     

带孔纳米单晶铜悬臂梁弯曲的分子动力学模拟

应用分子动力学方法模拟了带孔纳米单晶铜悬臂梁的弯曲过程。通过一端固定另一端施加横向作用力驱使原子运动,得到纳米单晶铜悬臂梁弯曲的变形图。对其不同于宏观连续介质理论的位移-载荷曲线进行分析,给出了合理的解释。结果表明:纳米尺度下的微缺陷对纳米单晶铜悬臂梁的性能具有明显的影响;尺寸效应和表面效应的影响,以及位错滑移和弛豫的综合作用,使得纳米单晶铜悬臂梁在纳米尺度下表现出与宏观尺度下不同的力学特性。     

单晶铜薄膜纳米压痕过程的分子动力学模拟

使用三维分子动力学方法模拟了单晶铜薄膜的纳米压痕过程,研究了压头半径对纳米压痕过程的影响;采用Morse势函数计算试样原子与压头原子之间、试样原子之间的相互作用关系.结果表明:单晶铜薄膜纳米压痕的力学机理是非晶态产生的变形;纳米压痕过程具有尺寸效应,压头大小对单晶铜薄膜纳米压痕的分子动力学模拟结果有显著的影响.     

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。     

单晶铜纳米机械加工的分子动力学模拟与实验的间接对比

以单晶铜微探针纳米刻划加工为例,提出了一种分子动力学模拟与实验的间接对比方法,依次开展了工件材料的弹性常量的定量对比、工件材料机械性能的纳米压痕测量的定量对比、已加工表面形貌的定性对比。单晶铜工件压缩、剪切、拉伸和纳米压痕的分子动力学模拟显示,分子动力学模拟体系的弹性模量与实验测得值相同,压痕后工件表面材料堆积的对称特性与实验结果相符。研究结果表明,所使用的嵌入原子势能函数可以精确地描述单晶铜工件中铜原子之间的相互作用,纳米机械加工的分子动力学模拟具有较高的精度,并且可以很好地预测纳米机械加工的实验结果。     

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。     

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...     

基于分子动力学单晶锗的切削特性分析

单晶锗属于硬脆性光学晶体材料,这类材料脆性大、易解理。由于硬脆光学材料精密成形工艺性能差、晶格的各向异性和脆塑转变机理的存在,导致对其切削加工时,加工表面易产生裂纹和凹坑等缺陷,这就严重影响其表面质量,而分子动力学模拟则完全可以克服在超精密加工过程中的试验、计算和分析等这些困难。利用分子动力学模拟对切削过程进行研究,可得出理想的加工表面质量。     

单晶铝微构件拉伸过程的分子动力学仿真研究

建立了单晶铝微构件拉伸过程的分子动力学仿真模型，利用Morse势函数对微构件的拉伸过程进行了仿真计算。从能量演化的角度解释了拉伸过程仿真在平衡阶段、裂纹产生和断裂阶段的若干力学现象。计算得到单晶铝微构件的断裂强度为22．1GPa。用Griffih断裂理论解释了微构件的断裂机理以及高强度产生的原因。     

基于分子动力学的单晶硅纳米压痕过程分析

基于分子动力学角度,本文主要分析了单晶硅的纳米压痕过程,并尝试解释其瞬间原子位置、作用力变化以及其压痕过程等原理。经过笔者试验发现:磨粒的不断压入,会使单晶硅的硅晶格发生变成,且磨粒产生的能量会以应变能的形式存储在晶格之中。同时,随着硅原子势能增加到一定数值时,硅原子键就会以断裂形式变成非晶层堆积在磨粒下方。当磨粒离开单晶硅时,非晶层开始重构,释放能量,达到新的平衡状态。     

分子动力学在单点金刚石超精密车削机理研究中的应用

介绍了分子动力学模拟的基本原理和算法 ,综述了国外应用分子动力学研究单点金刚石超精密车削机理的进展情况 ,并提出了该领域今后的研究方向     

基于分子动力学的单晶硅压痕过程计算机仿真研究

对单晶Si的压痕过程进行了分子动力学模拟.采用Morse势函数描述原子间的相互作用,以牛顿方程建立力学运动方程,使用改进后的Verlet算法解原子运动轨迹,通过对MD仿真结果的分析研究,将压痕过程分为三个特征阶段,即初期弹性变形阶段、中期塑性变形阶段及非晶层形成阶段.并从原子角度分析了压痕过程中原子间势能、磨削力的变化、应力状态、磨削温度等特征,解释了微观材料的去除和表面形成机理.     

基于AFM的单晶铜薄膜压痕的分子动力学模拟

使用三维分子动力学方法对基于AFM的单晶铜薄膜压痕过程进行了研究。采用对势Morse势计算试件原子之间,试件原子和压头原子之间的相互作用。模拟了不同压入深度的压痕过程,分析了压入深度对压头应力、系统势能变化的影响。结果显示单晶铜薄膜的纳米压痕的力学机理是非晶态产生的变形。当压入深度增加时,系统势能变化增大,压头应力变化增大,体现出强烈的尺寸效应。     

颗粒微切削表面创成的分子动力学仿真研究

颗粒微切削的性能和行为直接影响工件的表面质量,从材料去除规律和能量变化规律的角度对颗粒微切削作用的表面创成机理进行研究,分别采用EAM势、Morse势、Tersoff势描述单晶铜原子间、工件与颗粒、颗粒刀具原子间的作用力。分析纳米尺度下颗粒切削方向、颗粒切削速度、系综温度对颗粒微切削作用,通过探讨体系动能、体系势能、体系总能对工件原子运动规律的影响及颗粒微切削加工前后键角的变化形态,为阐述颗粒微切削作用的表面创成机理提供理论依据。研究结果表明正交切削比斜切削能获得更好的表面质量,颗粒速度与能量不存在线性关系,颗粒温度对体系能量有直接影响。通过分子动力学数值模拟得到体系的结构信息及相关热力学性质并对分子动力学的微观统计量进行分析计算,寻找合适的加工参数,为颗粒微切削加工工艺的发展提供技术支持。