NiTi合金的纳米级切削过程的分子动力学仿真研究
发布时间：2021-03-31 02:22
随着科技的发展和社会的进步,对产品的加工精度的要求越来越高,超精密加工综合了多种技术,是作为获得高精度产品的必要手段。超精密切削作为超精密加工中的一个重要领域,是一种复杂的新技术,由于切削厚度为纳米级,又称之为纳米切削。与传统切削不一样,在纳米切削中刀具和工件被看作是原子或者分子的集合体,切削过程在本质上呈现出原子的离散现象,所以需从分子或者原子的角度来对纳米切削过程进行研究。然而,原子级尺度的实验研究成本很高,且对实验条件要求苛刻,因此分子动力学成为有效研究纳米切削的必然选择。NiTi形状记忆合金由于其良好的形状记忆效应和超弹性,运用于航空和医疗等重要领域,所以对NiTi形状记忆合金的元器件的加工精度要求非常高。为了了解NiTi形状记忆合金的纳米切削机理,从而节约其纳米切削加工时的成本;本文以分子动力学方法为研究手段,重点研究NiTi形状记忆合金的纳米切削机理。基于不同切削条件下进行纳米切削的分子动力学模拟,找出在不同切削参数和不同初始温度对NiTi形状记忆合金切削过程的影响规律。主要研究内容如下:1.根据已有的纳米切削的分子动力学研究,再结合NiTi形状记忆合金的马氏体相变特征;选...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiTi合金的两种晶体结构（左边为奥氏体晶体结构，右边为马氏体体晶体结构）
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论4图1.2温度与应力诱发NiTi合金相变的关系图本文目的是利用分子动力学模拟方法建立NiTi形状记忆合金的纳米切削仿真模型，从微观角度对纳米切削过程进行分析。通过求解NiTi合金原子在纳米切削仿真过程中的位移和速度，从而分析不同切削参数和不同初始温度对NiTi合金材料纳米切削过程的影响规律，得出NiTi合金的纳米切削机理，为NiTi形状记忆合金超精密切削提供理论支持。1.2国内外基于分子动力学的纳米切削仿真研究现状上世纪八十年代末美国劳伦斯实验室最早将分子动力学模拟运用于切削加工中，J.Belak等[14,15]对单晶铜的纳米切削过程进行了分子动力学仿真研究，揭开了纳米切削过程的分子动力学模拟研究的序幕。随后国内外大批学者开始在此方向上展开大量研究，利用分子动力学对不同材料进行不同切削方式的纳米切削仿真模拟；从微观角度分析了许多材料的纳米切削过程，了解了其纳米切削机理，并且有效地推动了分子动力学模拟方法在超精密切削中的应用以及超精密切削的发展。随着科技的发展，对产品精度的需求也不断升高，所以超精密加工一直在不断发展，分子动力学模拟作为超精密切削加工的一个重要手段，因此关于利用分子动力学模拟方法研究纳米切削机理的成果也越来越多。目前，有一部分材料的纳米切削机理都得到了相关实验的证实，并且运用于实际的超精密切削加工中。为了使更多材料的纳米切削机理得到了解并运用于实际加工过程，各国学者不断的利用分子动力学对各种材料的纳米切削过程展开研究。近年来，英国学者S.Goel等[16]利用分子动力学研究了单点金刚石车削（SinglePointDiamondTurning，SPDT）Si的过
重庆邮电大学硕士学位论文第2章分子动力学方法及NiTi合金切削仿真模型10Ui(rij)——j原子对i原子的作用力以上为系统中粒子的运动方程，在初始条件设置完的情况下，比如系统原子间的势函数，这样就可以求解系统中每个粒子的运动方程。分子动力学中粒子的运动方程有多种求法，再此就不一一列举，而这个算法的选用对模拟结果会有一定的影响，本文考虑模拟的稳定性而选用Velocity-Verlet算法，Velocity-Verlet算法的表达式为：21()()()()2rttrtvttatt(2.2)1()()[()()]2vttvttatatt(2.3)式中，r(t+δ)、r(t)——不同时刻的位置v(t+δ)、v(t)——不同时刻的速度a(t+δ)、a(t)——不同时刻的加速度综合以上得出了Velocity-Verlet算法的流程，具体流程如图2.1所示：图2.1Velocity-Verlet算法的流程图2.1.2分子动力学仿真程序流程的设计通过以上对分子动力学的简介了解到，只要将初始值设定好就可以确定模型以及模型的运动，因此NiTi形状记忆合金纳米切削模型建立的第一步是设置纳米切削
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米尺度切削单晶锗裂纹萌生研究[J]. 马一鸣,李珊,杨晓京,李金乐. 兵器材料科学与工程. 2020(04)
[2]单晶锗纳米切削过程分子动力学仿真与实验研究（英文）[J]. 罗良,杨晓京. 稀有金属材料与工程. 2019(12)
[3]纳米多晶铜单点金刚石切削亚表层损伤机理[J]. 王全龙,张超锋,武美萍,陈家轩. 中国机械工程. 2019(23)
[4]多晶锗塑性切削机制和力学特性的仿真研究[J]. 余证,杨晓京,刘宁. 兵器材料科学与工程. 2020(01)
[5]基于分子动力学的磨粒微切削单晶铁数值分析[J]. 李俊烨,刘洋,卢慧,孟文卿,杨兆军,张心明. 吉林大学学报(工学版). 2019(05)
[6]单晶SiC微切削机理分子动力学建模与仿真研究[J]. 王超,李淑娟,柴鹏,严俊超,李言. 兵工学报. 2018(08)
[7]从头计算分子动力学[J]. 赵宇军,姜明,曹培林. 物理学进展. 1998(01)
[8]形状记忆合金及其在高速切削加工中的应用[J]. 王晓光,任谊峰. 国外建材科技. 1996(01)
博士论文
[1]NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究[D]. 刘晓鹏.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]镍钛形状记忆合金细观力学单晶模型[D]. 董鑫.大连理工大学 2016
[2]AlN/TiN体系的修正嵌入原子相互作用势函数的研究[D]. 李娟丽.重庆大学 2015
[3]单晶硅纳米级切削过程的分子动力学仿真研究[D]. 寇云鹏.燕山大学 2010
本文编号：3110591
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiTi合金的两种晶体结构（左边为奥氏体晶体结构，右边为马氏体体晶体结构）
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论4图1.2温度与应力诱发NiTi合金相变的关系图本文目的是利用分子动力学模拟方法建立NiTi形状记忆合金的纳米切削仿真模型，从微观角度对纳米切削过程进行分析。通过求解NiTi合金原子在纳米切削仿真过程中的位移和速度，从而分析不同切削参数和不同初始温度对NiTi合金材料纳米切削过程的影响规律，得出NiTi合金的纳米切削机理，为NiTi形状记忆合金超精密切削提供理论支持。1.2国内外基于分子动力学的纳米切削仿真研究现状上世纪八十年代末美国劳伦斯实验室最早将分子动力学模拟运用于切削加工中，J.Belak等[14,15]对单晶铜的纳米切削过程进行了分子动力学仿真研究，揭开了纳米切削过程的分子动力学模拟研究的序幕。随后国内外大批学者开始在此方向上展开大量研究，利用分子动力学对不同材料进行不同切削方式的纳米切削仿真模拟；从微观角度分析了许多材料的纳米切削过程，了解了其纳米切削机理，并且有效地推动了分子动力学模拟方法在超精密切削中的应用以及超精密切削的发展。随着科技的发展，对产品精度的需求也不断升高，所以超精密加工一直在不断发展，分子动力学模拟作为超精密切削加工的一个重要手段，因此关于利用分子动力学模拟方法研究纳米切削机理的成果也越来越多。目前，有一部分材料的纳米切削机理都得到了相关实验的证实，并且运用于实际的超精密切削加工中。为了使更多材料的纳米切削机理得到了解并运用于实际加工过程，各国学者不断的利用分子动力学对各种材料的纳米切削过程展开研究。近年来，英国学者S.Goel等[16]利用分子动力学研究了单点金刚石车削（SinglePointDiamondTurning，SPDT）Si的过
重庆邮电大学硕士学位论文第2章分子动力学方法及NiTi合金切削仿真模型10Ui(rij)——j原子对i原子的作用力以上为系统中粒子的运动方程，在初始条件设置完的情况下，比如系统原子间的势函数，这样就可以求解系统中每个粒子的运动方程。分子动力学中粒子的运动方程有多种求法，再此就不一一列举，而这个算法的选用对模拟结果会有一定的影响，本文考虑模拟的稳定性而选用Velocity-Verlet算法，Velocity-Verlet算法的表达式为：21()()()()2rttrtvttatt(2.2)1()()[()()]2vttvttatatt(2.3)式中，r(t+δ)、r(t)——不同时刻的位置v(t+δ)、v(t)——不同时刻的速度a(t+δ)、a(t)——不同时刻的加速度综合以上得出了Velocity-Verlet算法的流程，具体流程如图2.1所示：图2.1Velocity-Verlet算法的流程图2.1.2分子动力学仿真程序流程的设计通过以上对分子动力学的简介了解到，只要将初始值设定好就可以确定模型以及模型的运动，因此NiTi形状记忆合金纳米切削模型建立的第一步是设置纳米切削
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米尺度切削单晶锗裂纹萌生研究[J]. 马一鸣,李珊,杨晓京,李金乐. 兵器材料科学与工程. 2020(04)
[2]单晶锗纳米切削过程分子动力学仿真与实验研究（英文）[J]. 罗良,杨晓京. 稀有金属材料与工程. 2019(12)
[3]纳米多晶铜单点金刚石切削亚表层损伤机理[J]. 王全龙,张超锋,武美萍,陈家轩. 中国机械工程. 2019(23)
[4]多晶锗塑性切削机制和力学特性的仿真研究[J]. 余证,杨晓京,刘宁. 兵器材料科学与工程. 2020(01)
[5]基于分子动力学的磨粒微切削单晶铁数值分析[J]. 李俊烨,刘洋,卢慧,孟文卿,杨兆军,张心明. 吉林大学学报(工学版). 2019(05)
[6]单晶SiC微切削机理分子动力学建模与仿真研究[J]. 王超,李淑娟,柴鹏,严俊超,李言. 兵工学报. 2018(08)
[7]从头计算分子动力学[J]. 赵宇军,姜明,曹培林. 物理学进展. 1998(01)
[8]形状记忆合金及其在高速切削加工中的应用[J]. 王晓光,任谊峰. 国外建材科技. 1996(01)
博士论文
[1]NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究[D]. 刘晓鹏.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]镍钛形状记忆合金细观力学单晶模型[D]. 董鑫.大连理工大学 2016
[2]AlN/TiN体系的修正嵌入原子相互作用势函数的研究[D]. 李娟丽.重庆大学 2015
[3]单晶硅纳米级切削过程的分子动力学仿真研究[D]. 寇云鹏.燕山大学 2010
本文编号：3110591
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