分子动力学仿真

1、 A REVIEW ON MD SIMULATION OF MACHING AT THE ATOMIC SCALEContents7.3纳米切削中各种工艺参数的影响纳米切削中各种工艺参数的影响17.4模拟加工出口故障模拟加工出口故障27.5仿真已知缺陷结构的加工材料仿真已知缺陷结构的加工材料347.6纳米结构的纳米切削纳米结构的纳米切削纳米切削的分子动力学模拟纳米切削的分子动力学模拟v纳米切削是一个十分复杂的材料去除过程，加工区域数十个原子层，工件表面原子或分子成为直接加工对象。为了系统描述加工机理，需要进行大量的纳米级加工实验。但是实验要求极其苛刻，目前实验条件无法实现。而分子动力学模拟能克

2、服这些困难，能十分方便的改变切削条件、刀具的几何形状和加工工件的性质。是分析微切削过程有效的工具。7.37.3纳米切削中各种工艺参数的影响纳米切削中各种工艺参数的影响铜的纳米切削加工分子动力学模拟铜的纳米切削加工分子动力学模拟v刀具尖端的塑性变形v切屑长度减少（或切屑厚度的增加）v增加表面下的变形的程度v在加工材料中产生位错v加工表面的弹性恢复v剪切带旋转10-75图图b为推力与切削力为推力与切削力比值的分子动力学模比值的分子动力学模拟结果与传统实验结拟结果与传统实验结果对比。结果基本吻果对比。结果基本吻合。差异可归结于传合。差异可归结于传统实验中刀具磨损，统实验中刀具磨损，而而MD模拟中不存

3、在。模拟中不存在。图图a为推力和切削力为推力和切削力随前角的变化随前角的变化尺寸效应，由于在仅仅考尺寸效应，由于在仅仅考虑平行六面体每一面的几虑平行六面体每一面的几个纳米的纳米切削的分子个纳米的纳米切削的分子动力学模拟时，工作材料动力学模拟时，工作材料在切削最初是无任何缺陷，在切削最初是无任何缺陷，如点，线或面缺陷。如点，线或面缺陷。正前角的影响正前角的影响v 大正前角刀具可以进一步提升刀具寿命或能更高速，更低能的去除材料从而提高生产力。通过刀具采用正前角的分子动力学模拟研究得出结论，调查力的减少程度以及随之而来能量的减少。随着正前角增加，剪切角增加，刀具与切屑接触长度减小（摩擦减小）和切屑卷

4、曲。纳米切削中刃口半径和切削深度的影响纳米切削中刃口半径和切削深度的影响v 纳米切削分子动力学模拟采用了不同刃口半径r的刀具和不同的切削深度d并保持d/ r比恒定（在0.1,0.2和0.3）。变化切削力和推力，调查力比，比能量和刀具参数，表面的变形和切削深度的变化。v 一个给定的d / r比值下，增加切削深度，刀具前端塑性变形程度和大的表面下变形。位错的产生特别是在较高的切深可见。对于给定的切削条件位错数量似乎随着切削过程的进行增加。v此外表面变形的程度随d / r减少而增加。然而产生的切屑的程度随d / r比值增加而增加。此外，对于给定的切削深度，增加刀具刃口半径（即低d / r比）降低切屑

5、形成的程度。这是因为半径变化较大，刀具前角将变为负值因此不利于切屑的形成过程。切削力线性变化，切削力线性变化，推力起初变化迅推力起初变化迅速直到饱和速直到饱和图图14示出比能量与切削深度在不示出比能量与切削深度在不同的同的d/ r比下的变化。显示切削深比下的变化。显示切削深度减少比能量增加（尺寸效应）。度减少比能量增加（尺寸效应）。7.47.4模拟加工出口故障模拟加工出口故障v 毛刺在机械加工出口形成，因为出口缺乏工件提供的弹性约束。毛刺受到极大关注而其形成还不是很清楚。v Lucca系统的研究不同材料不同的加工条件采用高速摄影机研究出口故障得出结论。从而理解毛刺形成的机理之后研究方法去最小化

6、其对工件的影响。然而，这样的研究可能费时又需要相当昂贵费用，因为它涉及到实验。v 在一项类似的分子动力学模拟研究出口故障用来得出结论。在实践中，工件出口侧的边界原子被移除来在工件出口侧创造类似于没有弹性的条件约束。图a是分子动力学模拟图，图15b是实验结果的光学显微照片呈现出显著的相似性。7.5 7.5 仿真已知缺陷结构的加工材料仿真已知缺陷结构的加工材料v分子动力学模拟其中的一个针对性的缺点是它只能针对完美材料如，纯的无缺陷的单晶金属。分子动力学模拟后引入一些缺陷，如晶界，空隙和第二相粒子在加工材料开始出现。现在，这些研究正在扩展为包括：多个晶界，低角和高角晶界，引入加工材料的位置，磨粒的尺寸，缺陷的数量，形状，尺寸和第二相粒子的密度。图a至d 显示双晶的分子动力学模拟。图a是晶界的初始位置（切削之前），图b显示出当刀具已经到达晶界的情况 图c和d显示出刀具切削过程中刀具前端的变形。 7.6 7.6纳米结构的纳米切削纳米结构的纳米切削v下一代先进的材料正在发展为几乎无缺陷的纳米结构。在不容易获得的任何其他技术，理论或实验下模拟这些加工材料将是有价值的。它也是可以模拟超晶格的性能结构作为性能优越的涂层切削。晶粒间界可能在纳米材料中起重要作用因为它们的数量显著增加。还有问题是应当考虑的，如材料中晶界相对于在这些颗粒的大小的厚度。concludev整个第七部分