微细结构超精密加工工艺分子动力学仿真

发布时间：2020-05-29 07:48

【摘要】： 随着机械加工精度要求的不断提高,微细结构的超精密加工技术得到了不断发展,切削厚度已达到纳米量级。微细结构超精密加工发生在很小的区域内,材料是以离散的数个原子或原子层的方式去除,加工过程中的物理现象、基本规律等都和宏观加工存在巨大差别,因而对加工过程采用建立在传统连续介质力学基础上的切削理论来解释显然是不合适的。分子动力学仿真技术在验证实验结果,沟通宏观与微观方面表现突出,利用它来研究微细结构的切削机理,受到了越来越多的关注。 本文简要介绍了分子动力学在微细结构纳米切削过程仿真中的应用,针对具体的仿真要求,分析了分子动力学仿真的条件参数及实现过程。 对分子动力学仿真中的一些特殊要求如:刀具前角和后角、截断半径、载荷以及刀尖圆角等进行了分析和处理,将这些处理在仿真程序中进行了表达;采用模块化程序设计方法,编写了仿真程序,计算了分子动力学仿真中各原子的速度、位移、能量及切削力等参数。 在不同的刀具角度、切削深度及晶体晶向的条件下分别对理想单晶铜材料和含缺陷(空穴)单晶铜材料进行了超精密切削的仿真研究,将分子动力学仿真结果与利用扫描探针显微技术得出的实验结果进行对比分析,分子动力学仿真结果与实验结果基本一致。
【图文】：

在知道了分子动力学仿真基本原理过程之后，通过建立数学模型和分子动力学仿真算法，就可以用计算机语言编制分子动力学仿真程序，该程序的流程图如图3-1所示。3.3 分支结构设计及流程处理在分子动力学仿真计算程序的整体框架完成后，按照程序运行的先后顺序，对各分支结构分别进行模块化设计，这样有利于程序的调试，通过调用函数的形式使得程序的结构更加紧凑，也有利于程序的编写。3.3.1 程序初始化程序初始化就是把运行程序必须的资源加载到内存，为一些变量分配空间赋初值。程序的初始化由初始化函数完成，它在程序启动后，对系统的存储空间进行检查，如果有足够的空间，就为存储数据分配地址空间，并将其中的变量赋初值，如果空间不足，则返回错误信息，中断程序。

19图 3-2 计算能量和力的流程图3 施加载荷及约束通常在模拟过程中，需要对一些特定的原子施加载荷和约束，这力、初始化速度、初始化温度，根据输入的温度值赋予原子相应界约束，固定被选定的边界原子，被选定的边界原子设为刚体，力的作用，但对其他原子有力的作用。在程序具体的设计操作过程中，，对于施加载荷，就是通过每经过
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH161

【参考文献】

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本文编号：2686630