多晶体材料纳米切削加工分子动力学仿真的分析研究.pdf

国内图书分类号: 学校代码:10213 国际图书分类号: 密级:公开工学硕士学位论文多晶体材料纳米切削加工分子动力学仿真研究硕士研究生:刘飞导师:梁迎春教授申请学位:工学硕士学科:机械制造及其自动所在单位:机电工程学院答辩日期:2009年6月授予学位单位:哈尔滨工业大学 Classified Index: .: Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCHES ON MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF NANOMETRIC CUTTING OF POLYCRYSTALLINE MATERIALS Candidate:Liu FeiSupervisor:Prof. Liang YingchunAcademic Degree Applied for:Master of EngineeringSpecialty:Mechanical Manufacturing and Automation Affiliation: School of Mechatronics Engineering Date of Defence:June,2009Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- I - 摘要纳米加工技术的发展使得纳机电系统制造成为可能。当被加工材料尺寸达到纳米量级时,由于小尺寸效应、量子效应及表面效应的影响,纳米加工的理论与方法和传统机械加工有着本质的不同,材料的力学特性、缺陷、载荷特性和失效机理等都将发生质的变化。依据经典连续介质力学建立起的机械加工理论将不能直接应用在纳米加工技术当中,必须应用近代物理学的最新成果,从原子尺度上去研究纳米加工机理。目前,已有大量学者应用分子动力学方法对单晶材料的纳米加工过程进行了仿真研究,但在实际加工过程中,被加工工件多为多晶体材料。因此,对多晶体材料的纳米加工过程的仿真研究就显得非常重要。本文以分子动力学方法为研究工具,首先使用Voronoi方法建立多晶铜和多晶硅的微观结构模型,在此基础上,结合单晶材料的纳米切削模型,提出了基于分子动力学方法的多晶铜和多晶硅的纳米切削模型。然后从微观变形机理、切削力变化角度分别将多晶铜与单晶铜以及多晶硅和单晶硅纳米切削过程进行了对比分析,探索了多晶铜和多晶硅纳米切削加工的变形机理和切削力变化规律。随后研究了在不同切削深度、切削速度和刀具前角条件下多晶硅和多晶铜工件形态和切削力的变化规律。这对于全面认识多晶体材料纳米切削加工机理具有重要的理论意义和实用价值,同时将为纳米加工技术的进一步发展提供必要的理论基础。关键词:分子动力学仿真;纳米切削加工;Vor onoi方法;多晶体材料哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- II - Abstract The development of nanometric machining technology makes it possible of manufacturing nano-electromachanical system manufacture. When dimension of the microstructure reaches nanometer scales, nano-manufacturing theory and method are essentially different from traditional mechanical design and method because mechanical properties, load characteristics and failure mechanism will change intrinsically in such dimensional scale. Therefore, traditional mechanical design theory and method based on classical continuum mechanics can not be applied directly to nanometric machining technology, and new research method should apply ideas from latest progresses in