单晶铱取向有关的拉伸变形行为的原子尺度模拟

单晶铱与其它面心立方金属相比表现出反常的变形行为,其本征变形断裂机制仍存在争议。本文进行分子动力学模拟研究了单晶铱在1K下沿[100]、[110]和[111]取向的拉伸变形行为。研究结果表明:单晶铱在3个取向应力-应变曲线上的变形行为差异明显。由于变形机制不同,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及延伸率在内的力学性能在几个拉伸取向上或多或少存在差异。在拉伸载荷作用下,[100]取向单晶铱变形主要通过位错滑移还有少量空位聚集;[110]取向的塑性变形由堆垛层错引起;而[111]取向单晶铱断裂前产生的塑性变形量很少。     

SiCp/Al复合材料超精密车削仿真与试验研究

针对SiC_p/Al复合材料因脆性相SiC的加入而导致难以形成高质量加工表面等问题,采用分子动力学模拟和超精密车削试验的方法对SiC_p/Al复合材料纳米尺度材料去除过程进行研究,重点分析了单晶金刚石超精密切削SiC_p/Al复合材料中的加工表面形成机理、脆塑性转变以及刀具磨损机理。结果表明:高压相变是引起SiC_p/Al复合材料中SiC脆性材料的脆塑性转变的主要原因。随着切削深度的增加,SiC_p/Al复合材料中SiC颗粒加工方式由延性去除,到脆塑性混合方式去除,最后演变为纯脆性去除方式。SiC_p/Al复合材料中SiC-Al界面和Al基体存在,影响了SiC_p/Al复合材料中SiC颗粒去除的脆塑性转变机制。待加工表面上拉应力的存在会诱导微裂纹尖峰,是切削区域脆性SiC材料裂纹萌生的直接诱因。单晶金刚石刀具主要磨损机理为硬质SiC颗粒的磨粒磨损和切削诱导的石墨化。     

片层厚度对双相TiAl合金力学性能影响的纳米压痕分子动力学研究

为研究纳米压痕过程中片层厚度和γ/α2相界对双相TiAl合金变形行为及力学性能的影响,本文针对5种不同厚度的双相TiAl合金模型,采用分子动力学的方法模拟计算了金刚石压头以垂直于γ/α2相界方向分别压入γ和α2相的纳米压痕过程。结果表明：材料的硬度随片层厚度的减小而增大,当片层厚度减小至7nm时,材料的硬度达到最大值,进一步减小片层厚度时,材料的硬度反而减小。材料的弹性模量也会随片层厚度的变化而改变,与硬度呈现正比关系。此外,在纳米压痕过程中,压头压入γ相时,变形行为以{111}面的层错为主,γ/α2相界会阻碍位错的运动;压头压入α2相时,变形行为以(0001)基面的堆垛层错为主,基面上Shockley不全位错的运动会导致材料表面产生相变,且棱柱面滑移被激活。     

纳米多晶镁在不同条件下压缩的分子动力学模拟

为设计和开发具有优异力学性能的镁基纳米结构合金,本文利用Voronoi几何方法构造了晶粒随机取向的纳米多晶镁模型,利用分子动力学软件实现了不同条件下纳米多晶镁的压缩模拟,借助可视化软件对模拟结果进行了相关分析,发现：温度影响晶粒的变化趋势,随着温度升高,晶粒由细化转变为融合长大;压缩速度影响晶粒细化的时间,压缩速度增大,晶粒内部原子仍保持原有结构,只有晶粒边缘处原子位置移动,晶粒细化较晚发生,屈服强度增大,极限应变减小,弹性模量增大;纳米多晶镁中原子位置发生偏移,更易形成FCC结构,产生Shockley不全位错,Shockley不全位错与FCC结构的增长规律呈正比例。     

铜表面纳尺度沟槽织构的摩擦学性能

目的 通过分子动力学（MD）模拟,揭示了纳尺度沟槽织构对单晶铜摩擦磨损的影响机理,为设计高耐磨超声电机（USM）定子材料提供理论指导方法 建立了金刚石-铜摩擦配副模型,首先研究了金刚石下压深度对铜基体摩擦学性能的影响,随后重点研究了铜表面沟槽织构的角度、深度、宽度对摩擦学性能的影响。通过提取摩擦过程中的摩擦因数、磨损原子数目、摩擦界面温度、体系能量、界面间相互作用力以及观察摩擦前后界面形貌变化,从原子尺度揭示沟槽织构对铜的减摩机理。结果 对于无织构铜表面,摩擦因数和磨损率等性能参数随着下压深度的增加而增加;有沟槽织构的铜表面,摩擦因数和磨损率相较于无沟槽织构有显著下降。在沟槽织构与摩擦方向成90°时,效果最佳,摩擦因数下降25%左右,磨损率下降50%。同时,摩擦因数和磨损率还随沟槽深度和宽度的增大而减小。其主要原因是：沟槽织构的引入,使得在金刚石和铜基体的摩擦过程中相互作用的原子数量明显减少,相互犁削和接触原子的数量也减少,从而导致摩擦因数、磨损率下降。结论 在铜表面进行沟槽织构化处理能够减少摩擦过程中的磨损,提高铜基体的耐磨性能。     

纳米压痕诱导单晶铜弹塑性变形分析与破坏机理研究

目的 从微观角度实现对微机电系统中微器件局部接触区域弹塑性演化过程和原子迁移演变规律的探寻.方法 运用经典分子动力学法,基于EAM和Morse混合势函数,对硬质金刚石探头与软质金属铜基底展开纳米压痕接触特性研究.结果 纳米压痕中位错环构型生成与演变有规可循,位错环在受载荷影响时,有着4个演变阶段,即位错环萌芽期→生长期→繁衍期→维持期.当载荷达到一定程度时,压痕中铜基质内密排六方结构的HCP容易与附近类似结构发生关联耦合效应,产生刃型位错和形成螺旋式位错结构,随后以脱落方式构成棱柱形位错结构,并向基底底部发射.另外,整个纳米压痕中,铜基质亚表面损伤最为严重,探头与基底接触区域两侧的位错环迁移处应力较集中.结论 纳米接触中铜基质内位错环出现与演变过程,是衡量局部接触塑性变形强弱程度的重要依据和非接触区域损伤程度的内在表现.此次研究结果对细观尺度接触变形行为有着深层次认识,也对纳尺度设计出优异摩擦学性能的微结构有着重要借鉴作用.     

6H-SiC脆性切削声发射响应的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了6H-SiC脆性切削的声发射响应。研究了原子尺度下6H-SiC的微变形和裂纹形核,同时对加工过程中的声发射源进行了识别,分析了其相应的声发射特征。结果表明,6H-SiC在77 nm切削深度下的脆性变形过程简单但不寻常;在6H-SiC切削过程中位错不会连续扩展,变形后的工件在刀具挤压作用下被分割成块,并由位错的快速扩展引发裂纹。对于影响声发射源特征的因素研究发现：初始压应力会导致声发射功率的下降;频率-能量分析中可见的3种声发射源分别是晶格振动、位错扩展和裂纹扩展。此外,在1 K温度下,2次明显的位错传播的声发射响应比晶格振动具有更高的频率特性,但总能量水平最低。相反地,裂纹扩展的声发射响应具有更为明显的频率分布特性和能量特性。     

Influence of a reduced mobility of triple points on grain growth in two dimensions

A vertex dynamics model is applied to the two-dimensional simulation of grain growth including a limited mobility of triple points. It is shown that a recent experiment on a triple node is well reproduced by the proposed model. This model is then applied to the grain growth of polycrystals to investigate the possible consequences of a reduced mobility of triple nodes. It is shown how this effect can be detected through a careful examination of the grain growth kinetics and grain size distribution function.     

齿轮动态啮合条件分析

本文介绍了齿轮动态啮合系统及其工作原理 ,从几何学、运动学、动力学三方面分析了安全换档的要求 ,综合指出了允许换档的条件     

基于实时测量的2DOF挠性操作臂的模糊逆动力学控制

针对一２ＤＯＦ挠性操作臂,对其轨迹跟踪控制进行了研究。基于刚性化假设,建立挠性操作臂的动力学运动方程,一集成激光传感系统用时测量杆臂的挠性变形;设计了一个通过模糊逻辑单元调整控制参数的逆动力学控制。会集实验结果验证了控制器的性能。