基于分子动力学的磨粒流加工铁碳合金的数值模拟研究
发布时间：2020-12-18 06:24
制造业的快速发展使得机械产品对其精度的要求也随之提高,铁碳合金作为最常见的合金材料之一,被广泛应用于精密零件的加工制造。磨粒流加工能够有效提高零件表面光洁度,磨粒对工件表面的碰撞切削是磨粒流加工的主要作用机制。为探索磨粒与工件间的微切削现象,本研究基于微观尺度摩擦与材料晶态结构理论,以碳化硅磨粒微切削铁碳合金工件材料为研究对象,通过对磨粒微切削的动态过程进行分子动力学数值模拟,揭示磨粒流加工铁碳合金材料的微切削作用机制。磨粒流加工过程受多种加工因素的影响,不同因素对加工过程的作用方式存在差别,并产生不同的加工效果。本研究对碳化硅磨粒微切削铁碳合金工件过程中不同的系综温度、切削速度、切削角度和C原子含量(质量分数)条件进行了分子动力学数值分析。研究发现系综温度对原子能量影响最为直接,原子能量的不同导致了微切削时工件表面形貌的差异,适当提高系综温度可减少工件内部缺陷结构的产生;不同切削速度和切削角度在工件表面形成了不同的切削形貌,导致工件原子位移存在较大差别,同时造成切削力和能量变化的不同,材料内晶格及位错变化也存在明显差异,一定范围内较大的切削速度在提高加工效率的同时仍可保证加工质量,较...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磨粒流加工原理图
分子动力学方法是目前应用最广泛的计算宏观复杂体系的方法，发展至今，研者建立了许多适用于不同材料体系的力场模型，极大提升了计算复杂体系结构与学性质的能力及准确性，其模拟系统中粒子的运动具有了确定的物理依据。同时得系统的动态特性与热力学统计数据，为相关研究的理论分析提供了重要的依据1957 年，Alder 和 Wainwright 利用硬球模型对凝聚态系统进行了分子动力学模模拟过程中首先识别一对碰撞的硬球模型并记录产生碰撞的时间与此时所有模位置，然后利用线性动量守恒原理计算发生碰撞后两个硬球模型的速度，不断重个过程直到碰撞结束。在这个模型中，当球体中心之间的距离等于球体直径时会完全弹性碰撞，碰撞时球体沿直线以恒定速度运动，模拟中对势形式如图 2.1(。他们在其他一些相关的模拟中还使用了方阱势，当两个模型之间低于截止距离，其相互作用能量为无穷大，当两个模型之间超过截止距离 σ2时，其相互作用能零，当在两个截至距离 σ1和 σ2之间时，其相互作用能量为 e0，其图形形式如图 2.示。虽然这种简单的相互作用模型存在许多不足之处，却仍然提供了许多对流体性质较为实用的见解。但是由于当时模拟水平及计算机技术的限制，他们仅模拟量硬球模型的运动，并不能对凝聚态系统进行完整的描述。
图 2.2 Lennard-Jones 势函数述如图 2.2 所示，当两原子间距离为 σ 时子间的相互作用就越强。原子间相互作截断距离 rc，当原子间距超过 rc时，认为Atom Method)势，也被称作嵌入原子势，泛函理论为基础而发展起来的势能函数多体势，能够较为准确的描述金属原子描述上具有很高的精度，因此广泛应用形式为：,1( ) ( )2ij ij i ii j iE = φ r + Fρ( )i j ijj iρ ρr≠=
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Hilbert-Huang变换的软性磨粒流抛光流道压力脉动分析[J]. 计时鸣,李军,谭大鹏. 机电工程. 2018(04)
[2]固体与液体两相磨粒流抛光异形曲面的质量控制因素研究[J]. 李俊烨,周曾炜,张心明,周立宾. 兵工学报. 2018(04)
[3]基于分子动力学单晶硅的纳米压痕过程研究（英文）[J]. 朱瑛,樊虎,向智. 机床与液压. 2018(06)
[4]基于均匀设计法的磨粒流加工试验[J]. 乔泽民,张心明,李俊烨,卫丽丽,赵伟宏. 中国机械工程. 2018(04)
[5]磨粒流抛光工艺中的磨料模糊优选模型[J]. 王志勇,郭保苏,冯东海,师磊. 制造技术与机床. 2018(01)
[6]微动界面连续干摩擦行为的分子动力学模拟[J]. 潘帅航,尹念,张执南. 机械工程学报. 2018(03)
[7]前角对单晶镍纳米加工影响的分子动力学仿真[J]. 朱宗孝,巩亚东,周云光,张艳祥. 东北大学学报(自然科学版). 2017(10)
[8]耦合超声场的气液固三相磨粒流多物理场数值模拟研究[J]. 韩帅非,计时鸣,陈国达,潘烨. 机电工程. 2017(08)
[9]单晶硅高速磨削亚表层损伤机制的分子动力学仿真研究[J]. 朱宝义,吕明,梁国星,黄永贵. 摩擦学学报. 2017(06)
[10]金属增材制造格栅零件磨粒流抛光[J]. 高航,李世宠,付有志,魏海波,彭灿,王宣平. 航空学报. 2017(10)
本文编号：2923527
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磨粒流加工原理图
分子动力学方法是目前应用最广泛的计算宏观复杂体系的方法，发展至今，研者建立了许多适用于不同材料体系的力场模型，极大提升了计算复杂体系结构与学性质的能力及准确性，其模拟系统中粒子的运动具有了确定的物理依据。同时得系统的动态特性与热力学统计数据，为相关研究的理论分析提供了重要的依据1957 年，Alder 和 Wainwright 利用硬球模型对凝聚态系统进行了分子动力学模模拟过程中首先识别一对碰撞的硬球模型并记录产生碰撞的时间与此时所有模位置，然后利用线性动量守恒原理计算发生碰撞后两个硬球模型的速度，不断重个过程直到碰撞结束。在这个模型中，当球体中心之间的距离等于球体直径时会完全弹性碰撞，碰撞时球体沿直线以恒定速度运动，模拟中对势形式如图 2.1(。他们在其他一些相关的模拟中还使用了方阱势，当两个模型之间低于截止距离，其相互作用能量为无穷大，当两个模型之间超过截止距离 σ2时，其相互作用能零，当在两个截至距离 σ1和 σ2之间时，其相互作用能量为 e0，其图形形式如图 2.示。虽然这种简单的相互作用模型存在许多不足之处，却仍然提供了许多对流体性质较为实用的见解。但是由于当时模拟水平及计算机技术的限制，他们仅模拟量硬球模型的运动，并不能对凝聚态系统进行完整的描述。
图 2.2 Lennard-Jones 势函数述如图 2.2 所示，当两原子间距离为 σ 时子间的相互作用就越强。原子间相互作截断距离 rc，当原子间距超过 rc时，认为Atom Method)势，也被称作嵌入原子势，泛函理论为基础而发展起来的势能函数多体势，能够较为准确的描述金属原子描述上具有很高的精度，因此广泛应用形式为：,1( ) ( )2ij ij i ii j iE = φ r + Fρ( )i j ijj iρ ρr≠=
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Hilbert-Huang变换的软性磨粒流抛光流道压力脉动分析[J]. 计时鸣,李军,谭大鹏. 机电工程. 2018(04)
[2]固体与液体两相磨粒流抛光异形曲面的质量控制因素研究[J]. 李俊烨,周曾炜,张心明,周立宾. 兵工学报. 2018(04)
[3]基于分子动力学单晶硅的纳米压痕过程研究（英文）[J]. 朱瑛,樊虎,向智. 机床与液压. 2018(06)
[4]基于均匀设计法的磨粒流加工试验[J]. 乔泽民,张心明,李俊烨,卫丽丽,赵伟宏. 中国机械工程. 2018(04)
[5]磨粒流抛光工艺中的磨料模糊优选模型[J]. 王志勇,郭保苏,冯东海,师磊. 制造技术与机床. 2018(01)
[6]微动界面连续干摩擦行为的分子动力学模拟[J]. 潘帅航,尹念,张执南. 机械工程学报. 2018(03)
[7]前角对单晶镍纳米加工影响的分子动力学仿真[J]. 朱宗孝,巩亚东,周云光,张艳祥. 东北大学学报(自然科学版). 2017(10)
[8]耦合超声场的气液固三相磨粒流多物理场数值模拟研究[J]. 韩帅非,计时鸣,陈国达,潘烨. 机电工程. 2017(08)
[9]单晶硅高速磨削亚表层损伤机制的分子动力学仿真研究[J]. 朱宝义,吕明,梁国星,黄永贵. 摩擦学学报. 2017(06)
[10]金属增材制造格栅零件磨粒流抛光[J]. 高航,李世宠,付有志,魏海波,彭灿,王宣平. 航空学报. 2017(10)
本文编号：2923527
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2923527.html
