SiC单晶切割过程中接触弧长建模与实验

SiC单晶具有良好的物理和机械性能,广泛应用于大功率器件和集成电路行业,但因高的硬度和脆性,使其切割、研磨和抛光加工过程成为难点。在固结金刚石磨粒的线锯切割SiC单晶过程中,由于受各种因素的影响,使得切割力呈动态变化,而影响切割力的直接因素就是工件与线锯之间的接触弧长。根据线锯和工件的运动过程,分析接触弧长产生的过程,建立往复式线锯切割过程中接触弧长的数学模型,并对该过程中实验和仿真产生的误差进行了分析。以单颗磨粒的切深为基础,确定模型中的切削深度。仿真和实验结果表明,建立的模型可以较准确地预测不同工艺参数下的接触弧长。     

单晶铝孔洞生长的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟不同晶向单轴加载过程中,单晶铝中微纳米孔洞(约1.6 nm)的生长及周围区域的变形过程。为研究晶向对孔洞生长的影响,对具有相同初始孔洞体积分数的两个晶向进行拉伸加载,并对不同温度影响进行研究。结果表明:A晶向(x-[100],y-[010],z-[001])的形变机制主要是{111}晶面部分位错引起的堆垛层错,B晶向(x-[-110],y-[111],z-[11-2])主要是位错的移动与堆积;B晶向比A晶向的位错成核应力大;B晶向屈服应力比A晶向对温度敏感。     

半绝缘砷化镓单晶中AB微缺陷的定量研究

研究了５０．８ｍｍ液封直拉非掺杂半绝缘砷化镓单晶中ＡＢ微缺陷的显微特征，率先提出了一种定量表征微缺陷的新方法，揭示了ＡＢ微缺陷在单晶各部位的分布规律。     

高速切削AF1410的切削温度有限元仿真分析

用Abaqus有限元分析软件建立WC硬质合金刀具高速切削AF1410高强钢的二维仿真模型,对切削过程进行模拟,获得切削过程中刀具、工件的温度分布情况,研究分析切削用量对工件的最高切削温度和稳定切削区平均最高温度的变化情况。结果表明:切削过程中刀具、工件的温度变化趋势可分为3个阶段,每个阶段变化特征不同,且刀-屑接触面附近工件的最高切削温度始终高于刀具;工件的最高切削温度和稳定切削区工件的平均最高温度均随切削速度和切削深度的增加而增加,但随切削深度的增加幅度较小;稳定切削区域工件平均最高温度随切削速度和切削深度的增加速率低于工件最高切削温度的增加速率。     

切削参数对切削高强钢刀具磨损仿真研究

34CrNiMo6高强钢硬度高、强度高,在切削加工中刀具磨损严重.针对切削参数与刀具磨损的关系,建立车削34CrNiMo6高强钢刀具磨损仿真模型.用三因素四水平正交试验法研究切削用量三要素在切削过程中对刀具的影响.结果表明:刀具磨损量受切削深度影响最小,受切削速度影响最大.     

高效切削高强钢切削力和切削温度仿真研究

基于Abaqus有限元仿真软件建立切削30CrNi2MoVA高强钢的二维模型，研究切削力和切削温度随切削参数的变化规律。结果表明：高效切削30CrNi2MoVA高强钢时，切削力随切削速度的变化不明显，随切削深度的增加近乎直线增大；刀尖和前刀面的最高温度随切削速度和切削深度的增加而增大。     

单晶铝裂纹扩展机制的分子动力学研究

运用分子动力学方法,模拟原子尺寸下中心和边缘裂纹模型的裂纹扩展的微观机理以及温度对裂纹扩展的影响,以单晶铝作为研究对象,采用EMA势计算原子之间的相互作用。模拟结果表明,低温时边缘裂纹模型的屈服应力大于中心裂纹的屈服应力,随着温度的升高,中心裂纹的屈服应力大于边缘裂纹的屈服应力。     

基于Ansys Workbench 的等壁厚螺杆钻具定子切削仿真分析

针对等壁厚螺杆钻具定子螺旋啮合线型在电解加工时存在的稳定性、电极制造和排污方面的问题,提出一种利用仿真分析可指导设计的深孔拉削方法。文中对某切削状态时的拉力和转矩进行理论计算,选用Pro Engineer软件实现建模,再导入到Ansys workbench软件中进行虚拟仿真分析,分别得到等壁厚螺杆钻具定子某切削状态时的拉力和转矩,并与实际试验效果进行对比。结果表明：该方法有效地提高了工程应用领域中数控深孔螺旋拉削成套设备的设计能力,使成套设备的设计更合理、高效。     

三类炸药晶体冲击引发分解机理的从头算分子动力学研究

运用从头算分子动力学和多尺度冲击相结合的方法,对三类典型炸药晶体奥克托今（ HMX）、1,3,5-三氨基2,4,6-三硝基苯（ TATB）和太安（ PETN）实施冲击加载下的模拟研究。结果表明,HMX中的N-O键、TATB中的N-O键以及PETN中的C-O键优先断裂。随着时间推移,他们体系中电子离域性增加;价带和导带间的带隙逐渐减小;接着开始出现金属态并不断变多。在冲击加载下,TATB、HMX和PETN晶体引发断裂化学键所需时间依次减小的顺序,恰与它们冲击波感度依次增大的实验顺序相一致。这表明,它们的结构和引发分解机理与冲击波感度之间有规律性联系。     

Fe/SiC金属基复合材料的研究

研究了一种新型的Fe/SiC金属基复合材料的界面反应和烧结机理 ,并分析了工艺过程及参数对材料性能的影响。结果表明 ,在 1 0 50℃左右烧结时能有效控制界面反应 ;界面反应及材料的烧结以固相扩散为主 ;碳化硅粒子表面涂覆金属镀层及基体合金化既能有效改善界面结合又能提高材料的力学性能 ,尤其是耐磨性的提高最为显著。     

溶剂效应对FOX-7晶体形貌影响的分子动力学模拟研究

利用Materials Studio软件中Growth Morphology方法模拟计算了1, 1-二氨基-2, 2-二硝基乙烯（FOX-7）的晶体形态和结晶习性,得到特定晶面的面心距离、面积、附着能等参数,确定了其形态学上重要的生长晶面及其表面结构。建立了双层结构模型,采用分子动力学模拟计算了溶剂分子和FOX-7主要生长面之间的相互作用,研究了溶剂效应对FOX-7溶液结晶过程中晶体形貌的影响,为FOX-7溶液结晶过程中溶剂的选择提供理论依据。采用实验的方法,在N,N-二甲基酰胺/丙酮结晶体系条件下重结晶制备了FOX-7,其外形规则、棱角圆润、长径比变小,与模拟结果具有一致性。     

基于MD方法的增塑剂扩散行为的模拟研究

为克服实验手段的不足,用分子动力学方法模拟丁羟推进剂粘接体系中增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)的扩散行为.利用分子模拟软件Materials Studio 4.3构建增塑剂和粘接体系的分子模型,选用COMPASS力场,对经几何优化后的混合体系进行分子动力学模拟,得到增塑剂在粘接体系中的均方位移,通过爱因斯坦方程得到其扩散系数.环境温度为273, 298, 310, 323, 348 K时, DOS在丁羟推进剂粘接体系中的扩散系数分别为0.0010, 0.0020, 0.0025, 0.0031, 0.0043; DOS含量为23%,37.5%,47%,60%时,扩散系数分别为0.0025, 0.0020, 0.0018, 0.0015(单位10-4 cm2·s-1).结果表明: 随着温度的升高,扩散系数逐渐增大; 随着增塑剂含量的增加,扩散系数依次略有下降.     

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物晶体形貌的MD模拟

为探讨溶剂对炸药晶体形貌的影响机制和溶剂的选择依据,采用附着能(AE)模型预测2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)在真空的晶体形貌,确定其主要生长晶面;并运用分子动力学(MD)模拟研究ANPyO晶面与溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的相互作用及其本质,进而通过修正的AE模型预测其在DMF中的晶体形貌。结果表明:ANPyO在真空中的晶体形状接近椭圆,主要生长晶面为(110)、(100)、(11-2)及(10-1)面。溶剂与晶面间存在较强相互作用,径向分布函数分析表明相互作用能主要包括范德华作用,库仑作用和氢键。在溶剂DMF中,晶面的修正附着能绝对值顺序为(110)(11-2)(10-1)(100),ANPyO晶体形貌接近片状,与已有实验结果一致。此外,DMF分子在ANPyO晶面的扩散系数研究结果表明,扩散系数与修正附着能绝对值成线性关系,晶体生长形貌亦受溶剂扩散能力的影响。     

两种氟聚合物在TATB晶体表面吸附的动力学模拟

采用Discover／Material Studio中的分子动力学（COMPASS力场、NVT）方法及smart minimizer结构优化方法，对两种氟聚合物在TATB不同晶面上吸附行为进行模拟和结构优化后发现：（1）二者相互作用时，TATB原子位置变化的大小次序为：（010）〉（100）〉（001）；而氟聚合物的展开程度按以上次序增加。（2）TATB晶体对两种聚合物都是吸引的，可以用F2311及F2314来包覆TATB晶体；且F2314对TATB晶体的包覆效果要优于F2311。（3）TATB不同晶面吸附能力的大小次序为：（010）〉（001）〉（100）。     

基于ADAMS的某自动机加速机构动力学仿真

提出了一种自动机加速机构,用于自动武器在研发过程中的非射击系统联调。基于多刚体动力学理论,运用SolidWorks和ADAMS软件联合建立了虚拟样机模型。采用ADAMS软件作为仿真平台,针对该加速机构的工作原理与结构特点建立仿真策略并进行了仿真计算与分析,确定了主要的结构参数和电机转速,并获得了自动机的模拟加速曲线,实现了预期的设计目标,验证了该加速机构的可行性与合理性。     

HMX溶液结晶的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究了温度对奥克托今（ HMX）在二甲亚砜（ DMSO）溶剂中结晶的影响。计算了278～378 K温度范围内DMSO和HMX的扩散系数、HMX与DMSO分子间结合能。模拟了298 K下HMX在DMSO溶液中的成核过程。结果表明,HMX与DMSO分子间相互作用主要为范德华力与静电力。358 K时二者的结合能最小为20246 kJ · mol-1,此时HMX分子最易成核,成核导致HMX的扩散系数下降。     

DNTF与高聚物相容性的分子动力学模拟

为确定高分子聚合物钝感剂和3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱 （DNTF）的相容性,采用分子动力学（MD）模拟方法,分别构建了DNTF与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、氟橡胶（F₂₆₀₃）、顺丁橡胶（BR）和聚偏二氟乙烯（PVDF）混合的熔铸炸药模型,在COMPASS力场下,从径向分布函数、溶度参数和Flory-Huggins相互作用参数3方面研究了DNTF与上述4种高分子聚合物钝感剂的相容性,揭示了共混物分子间相互作用力本质。采用真空安定性实验法对4种共混物体系的相容性进行了实验验证。结果表明：共混物中同组分的分子间径向分布函数值比两组分的分子间值低,体系溶度参数均小于3 J^1/2·cm^-3/2,体系的相互作用参数值小于临界作用参数值,体系放气量均小于0.6 mL,说明DNTF与PMMA、F₂₆₀₃、BR和PVDF均相容,且数值模拟结果与实验结果相吻合。     

HTPB推进剂老化机理的分子模拟

为了研究HTPB推进剂的老化机理,采用量子化学方法,计算了端羟基聚丁二烯-甲苯二异氰酸酯(HTPB-TDI)固化体系中化学键的键能,搜索了HTPB推进剂老化过程中可能发生的四个氧化反应的过渡态。结果表明,与CH2基团相连的C—O键的键能最小,为244.95 kJ·mol-1,在老化降解过程最容易发生断裂。老化过程中可能发生的四种氧化交联反应的活化能均较小,小于HTPB-TDI固化分子降解断裂所需要的能量,说明氧化交联反应是HTPB推进剂老化的主要原因,其中生成三元环氧反应的活化能最小,为12.59 kJ·mol-1。     

PBT与含能增塑剂相互作用的分子动力学模拟

为了筛选与3,3-二叠氮甲基氧丁环与四氢呋喃共聚物(PBT)粘合剂相容且与PBT混合物有低玻璃化转变温度的含能增塑剂,用分子动力学(MD)方法,模拟研究了PBT粘合剂与三缩三乙二醇二硝酸(TEGDN)、1,3-二叠氮基-2-乙基-2-硝基丙烷(DAENP)、丁基硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)、1-烯丙基-3(5),4-二硝基吡唑(ADNP)、双2,2-二硝基丙醇缩甲醛/双2,2-二硝基丙醇缩乙醛混合物(BDNPF/A,或A3,两者质量比为1∶1)5种含能增塑剂之间的相容性、PBT/增塑剂共混物的玻璃化转变温度。分析了PBT粘合剂与含能增塑剂相互作用的原因。结果表明,含能增塑剂优劣次序为Bu-NENADAENPA3TEGDNADNP,TEGDN、ADNP与PBT不相容;PBT/含能增塑剂的玻璃化转变温度顺序为PBT/Bu-NENAPBT/TEGDNPBT/DAENPPBT/ADNPPBT/A3。与现用的PBT增塑剂A3相比,Bu-NENA、DAENP与PBT相容性更好,且PBT/Bu-NENA和PBT/DAENP混合体系的玻璃化转变温度更低。