基于分子动力学的高铬合金机械加工性能研究
发布时间：2021-10-31 07:52
核主泵推力轴瓦的性能关系到整个机组的性能。轴瓦对材料性能具有很高的要求。添加耐磨涂层可以满足要求,但涂层具有非均匀性、微裂纹、维护成本较高等缺点。而高铬合金由于其材料本身的优良性能,可以很好地解决这一问题。由于高铬合金属于新型材料,合金的各物理性质也并未完全可知,通过实验探索其加工机理具有一定的困难。采取计算机仿真探索高铬合金的加工机理是一项行之有效的方式,本文利用分子动力学（MD）仿真对高铬合金的加工机理进行了探索并对结果进行了验证。按照高铬合金的组分和各元素含量,选取Fe、Cr、Ni、C四种元素,通过混合置换晶胞和间隙晶胞建立了高铬合金的分子动力学模型。目前没有一种单一准确的高铬合金势函数,本文采用三种势函数（L-J势函数、Tersoff势函数和EAM势函数）叠加耦合的方式构建了整个体系的势函数模型,并对势函数的准确性进行了验证。对高铬合金进行了纳米压痕仿真,通过对比发现:仿真中球形压头比圆柱形压头更符合实际情况,综合考虑计算精度、计算时间等因素,所以选择球形压头进行了后续的压痕仿真。模拟了不同压深的压痕过程,仿真结果表明:在刚开始塑性变形时高铬合金中小范围内有位错产生。随压痕深度...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
1.1 课题来源、研究背景及意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题的研究背景及意义
1.2 高铬合金的纳米加工性能的研究现状
1.2.1 高铬合金分子动力学仿真的研究现状
1.2.2 高铬合金加工性能的实验研究现状
1.3 本文主要工作
2.分子动力学方法
2.1 引言
2.2 分子动力学模拟方法
2.2.1 基本原理
2.2.2 理论力学基础
2.2.3 运动方程的数值解法
2.3 原子间相互作用势
2.3.1 Lennard-Jones势
2.3.2 Morse势
2.3.3 Tersoff势
2.3.4 嵌入原子势
2.3.5 势函数的验证
2.4 系综原理
2.5 边界条件与初值
2.6 分子动力学模拟软件
2.7 本章小结
3.高铬合金纳米压划痕仿真研究
3.1 引言
3.2 高铬合金分子动力学模型的建立
3.2.1 高铬合金模型的构建
3.2.2 高铬合金模型的验证
3.3 高铬合金分子动力学势函数
3.3.1 高铬合金势函数的构建
3.3.2 高铬合金势函数验证
3.4 高铬合金纳米压痕分子动力学仿真
3.4.1 压痕模型的建立
3.4.2 压痕仿真参数设定
3.4.3 压头形状对压痕仿真的影响
3.4.4 压深对压痕仿真的影响
3.5 高铬合金纳米划痕分子动力学研究
3.5.1 纳米划痕模型的建立
3.5.2 高铬合金划痕损伤层的形成
3.5.3 不同划痕速度的影响
3.5.4 不同划痕深度的影响
3.6 本章小结
4.高铬合金拉伸变形及残余应力研究
4.1 引言
4.2 高铬合金拉伸变形行为研究
4.2.1 高铬合金拉伸模型建立
4.2.2 高铬合金拉伸过程变形分析
4.2.3 拉伸应力、弹性模量及屈服应力
4.2.4 不同拉伸速度下分子动力学模拟
4.3 纳米压痕法测表面残余应力
4.3.1 残余应力计算模型理论推导
4.3.2 纳米压痕测量残余应力结果
4.4 本章小结
5.高铬合金纳米加工性能实验研究
5.1 高铬合金纳米压痕实验方法及条件
5.1.1 实验原理
5.1.2 实验设备
5.1.3 高铬合金预处理
5.2 高铬合金纳米压痕实验
5.3 纳米压划痕实验结果分析
5.3.1 不同压痕深度对正向力的影响
5.3.2 不同压痕深度对硬度、弹性模量的影响
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]百万千瓦核电厂主泵推力轴瓦异常磨损原因分析与优化改进[J]. 杜鹏程,许洪川. 水泵技术. 2017(05)
[2]分子动力学模拟及应用简介[J]. 关荣华,周慧. 黑龙江科技信息. 2016(33)
[3]核主泵水润滑推力轴承试验的磨损颗粒研究[J]. 李梦启,王伟光,李藏雪,李伟,张金慧,付嵩. 润滑与密封. 2016(09)
[4]残余应力的测量研究方法发展现状[J]. 曹旭,徐宗亚,彭云飞,朱晶,聂祯. 低温建筑技术. 2016(04)
[5]光学石英玻璃纳米级加工性能[J]. 郭晓光,翟昌恒,张亮,金洙吉,郭东明. 光学精密工程. 2014(11)
[6]热处理工艺对耐磨蚀高铬合金钢组织和硬韧性的影响[J]. 鲁沛沛,李卫. 热加工工艺. 2012(12)
[7]纳米压痕法对304不锈钢残余应力的研究（英文）[J]. 张龙,程广贵,丁建宁,凌智勇,张忠强. 传感技术学报. 2012(06)
[8]热喷涂技术制备纳米涂层的研究现状[J]. 郑雪萍,刘胜林. 硬质合金. 2009(01)
[9]关于Lennard-Jones型势函数参数的几种拟合方法[J]. 刘艳侠,孙佳佳,高岩,顾慧,刘磊. 辽宁大学学报(自然科学版). 2008(03)
[10]Fe-Cr-V-Ni-Si-C系多元合金的原子间互作用势的构建及应用[J]. 刘艳侠,王逊,马永庆,张程华. 物理学报. 2008(01)
博士论文
[1]基于纳米压痕技术的涂层残余应力研究[D]. 朱丽娜.中国地质大学（北京） 2013
硕士论文
[1]Cr在FeCr合金中扩散过程的原子尺度模拟研究[D]. 潘龙.南京理工大学 2015
[2]非平衡磁控溅射离子镀沉积Cr-Me-N涂层高温承载能力研究[D]. 葛培林.太原理工大学 2012
[3]中国制造业国际竞争力的比较研究[D]. 何超.西南财经大学 2011
[4]中国装备制造业战略升级[D]. 汤益群.上海社会科学院 2008
[5]高铬铸铁中碳化物生长形态的研究[D]. 李浩.西北工业大学 2007
本文编号：3467752
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
1.1 课题来源、研究背景及意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题的研究背景及意义
1.2 高铬合金的纳米加工性能的研究现状
1.2.1 高铬合金分子动力学仿真的研究现状
1.2.2 高铬合金加工性能的实验研究现状
1.3 本文主要工作
2.分子动力学方法
2.1 引言
2.2 分子动力学模拟方法
2.2.1 基本原理
2.2.2 理论力学基础
2.2.3 运动方程的数值解法
2.3 原子间相互作用势
2.3.1 Lennard-Jones势
2.3.2 Morse势
2.3.3 Tersoff势
2.3.4 嵌入原子势
2.3.5 势函数的验证
2.4 系综原理
2.5 边界条件与初值
2.6 分子动力学模拟软件
2.7 本章小结
3.高铬合金纳米压划痕仿真研究
3.1 引言
3.2 高铬合金分子动力学模型的建立
3.2.1 高铬合金模型的构建
3.2.2 高铬合金模型的验证
3.3 高铬合金分子动力学势函数
3.3.1 高铬合金势函数的构建
3.3.2 高铬合金势函数验证
3.4 高铬合金纳米压痕分子动力学仿真
3.4.1 压痕模型的建立
3.4.2 压痕仿真参数设定
3.4.3 压头形状对压痕仿真的影响
3.4.4 压深对压痕仿真的影响
3.5 高铬合金纳米划痕分子动力学研究
3.5.1 纳米划痕模型的建立
3.5.2 高铬合金划痕损伤层的形成
3.5.3 不同划痕速度的影响
3.5.4 不同划痕深度的影响
3.6 本章小结
4.高铬合金拉伸变形及残余应力研究
4.1 引言
4.2 高铬合金拉伸变形行为研究
4.2.1 高铬合金拉伸模型建立
4.2.2 高铬合金拉伸过程变形分析
4.2.3 拉伸应力、弹性模量及屈服应力
4.2.4 不同拉伸速度下分子动力学模拟
4.3 纳米压痕法测表面残余应力
4.3.1 残余应力计算模型理论推导
4.3.2 纳米压痕测量残余应力结果
4.4 本章小结
5.高铬合金纳米加工性能实验研究
5.1 高铬合金纳米压痕实验方法及条件
5.1.1 实验原理
5.1.2 实验设备
5.1.3 高铬合金预处理
5.2 高铬合金纳米压痕实验
5.3 纳米压划痕实验结果分析
5.3.1 不同压痕深度对正向力的影响
5.3.2 不同压痕深度对硬度、弹性模量的影响
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]百万千瓦核电厂主泵推力轴瓦异常磨损原因分析与优化改进[J]. 杜鹏程,许洪川. 水泵技术. 2017(05)
[2]分子动力学模拟及应用简介[J]. 关荣华,周慧. 黑龙江科技信息. 2016(33)
[3]核主泵水润滑推力轴承试验的磨损颗粒研究[J]. 李梦启,王伟光,李藏雪,李伟,张金慧,付嵩. 润滑与密封. 2016(09)
[4]残余应力的测量研究方法发展现状[J]. 曹旭,徐宗亚,彭云飞,朱晶,聂祯. 低温建筑技术. 2016(04)
[5]光学石英玻璃纳米级加工性能[J]. 郭晓光,翟昌恒,张亮,金洙吉,郭东明. 光学精密工程. 2014(11)
[6]热处理工艺对耐磨蚀高铬合金钢组织和硬韧性的影响[J]. 鲁沛沛,李卫. 热加工工艺. 2012(12)
[7]纳米压痕法对304不锈钢残余应力的研究（英文）[J]. 张龙,程广贵,丁建宁,凌智勇,张忠强. 传感技术学报. 2012(06)
[8]热喷涂技术制备纳米涂层的研究现状[J]. 郑雪萍,刘胜林. 硬质合金. 2009(01)
[9]关于Lennard-Jones型势函数参数的几种拟合方法[J]. 刘艳侠,孙佳佳,高岩,顾慧,刘磊. 辽宁大学学报(自然科学版). 2008(03)
[10]Fe-Cr-V-Ni-Si-C系多元合金的原子间互作用势的构建及应用[J]. 刘艳侠,王逊,马永庆,张程华. 物理学报. 2008(01)
博士论文
[1]基于纳米压痕技术的涂层残余应力研究[D]. 朱丽娜.中国地质大学（北京） 2013
硕士论文
[1]Cr在FeCr合金中扩散过程的原子尺度模拟研究[D]. 潘龙.南京理工大学 2015
[2]非平衡磁控溅射离子镀沉积Cr-Me-N涂层高温承载能力研究[D]. 葛培林.太原理工大学 2012
[3]中国制造业国际竞争力的比较研究[D]. 何超.西南财经大学 2011
[4]中国装备制造业战略升级[D]. 汤益群.上海社会科学院 2008
[5]高铬铸铁中碳化物生长形态的研究[D]. 李浩.西北工业大学 2007
本文编号：3467752
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