分子动力学仿真

基于原子的纳米切削分子动力学仿真20143084袁士瑞2经典搭配用色要点基本知识晶向和切削方向的影响刀具最小硬度和工件材料的关系金刚石切削的刀具磨损3经典搭配用色要点基本知识晶向和切削方向的影响刀具最小硬度和工件材料的关系金刚石切削的刀具磨损4基本知识一、晶向和切削方向的影响沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。弹性模量硬度断裂抗力屈服强度热膨胀系数导热性电阻率......5基本知识一、晶向和切削方向的影响图1.铝单晶体在不同晶向平面和切削方向上的纳米切削分子动力仿真结果（a）（111）[𝟏10]（b）（111）[𝟐11]（c）（110）[𝟏10]（d）（110）[001]（e）（001）[𝟏10]（f）（001）[100]（111）晶面（110）晶面（001）晶面[001]分子动力学仿真解决了许多现场实验观测无法解释的问题。6经典搭配用色要点基本知识晶向和切削方向的影响刀具最小硬度和工件材料的关系金刚石切削的刀具磨损7用色要点二、刀具最小硬度与工件材料的关系莫氏硬度表德国矿物学家摩氏(FrederichMohs)在1825年为地质应用创立一种硬度表，作为评判矿物硬度的标准。他精心挑选了十种矿物，这十种矿物是按照硬度增加的顺序排序的，每一种矿物都能划伤在它顺序之后的矿物而不能划伤顺序之上的矿物。在这种情况下，选择的标准是所有无机脆性材料。因此，在刮划的时候，它们不会产生太多的塑性变形即使它们的硬度差别可能非常小。那么金属呢8用色要点二、刀具最小硬度与工件材料的关系泰伯（Tabor）创立了一种金属划痕硬度量表，其中的饼刷的硬度至少比工件材料要硬20％。瑞查森（Richardson）也通过实验表示磨料硬度至少要比被加工材料高25％，才能实现磨削。然而没有理论，能解释这种通过观察得出的实验结论。在切削、磨削、刮划中硬度的意义需要重新估量。当刀具只比工件硬度高20%的时候，刀具会发生什么？在这种情况下切屑形成的本质又是什么？当使用不同硬度的刀具时，切屑形成、表面下的塑性变形或刀具变形的性质会有什么不同吗？9用色要点二、刀具最小硬度与工件材料的关系图.3分子动力学仿真技术模拟铁的纳米切削（a）超硬刀具（b）钨刀具（c）铬刀具（d）铁刀具钨的硬度：435kg/mm²铬的硬度：125kg/mm²铁的硬度：82kg/mm²MD仿真为许多现实中无法完成的实验研究提供了一种新的途径。10经典搭配用色要点基本知识晶向和切削方向的影响刀具最小硬度和工件材料的关系金刚石切削的刀具磨损11经典搭配三、金刚石切削的刀具磨损机械磨损扩散磨损粘结磨损刀具磨损由工件材料中硬质点的刻划引起。工件或切削表面与刀具表面的粘结点，由于切削运动将刀面上的微粒带走，从而造成刀具磨损。在高温下产生。切削金属时，切屑、工件与刀具接触过程中，双方的化学元素在固态下相互扩散，改变了原来材料的成分与结构，使刀具材料变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。12经典搭配三、金刚石切削时的刀具磨损当切削加工或研磨低碳钢时，金刚石的磨损主要为扩散磨损。在切削的条件下，温度达到足够高，是以石墨化金刚石尖端和铁的存在使得碳扩散进入铁形成碳化铁。金刚石石墨碳化铁（𝑭𝒆𝑪𝟑）𝑭𝒆分子动力学仿真首先要建立原子间的势函数，在这里我们选择莫尔斯（Morse）势函数。[e-mail]://teliss.blog.163.com一个逼真的模拟，需要考虑大量的原子（百万到十亿），但现今计算机的计算速度限制了切削速度中可以考虑的原子数。如今模拟中的切削速度接近1-2米/秒，而实际中的切削速度是100-500米/秒。关于计算机运行速度、存储空间和并行处理的硬件的改进能促进这一目标的实现，类似的，软件也需要改进。此外，人性化的软件，可以使工程师和科学家们在常规基础上使用类似计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD-CAM）这样的软件来研究一系列机械加工问题。运行速度存储空间并行处理辅助软件[e-mail]://teliss.blog.163.com15经典搭配三、金刚石切削时的刀具磨损莫尔斯（Morse）势函数Morse势是一种对于双原子分子间势能的简易解析模型。势函数确定后便可计算出分子间的作用力，找到粒子的运动规律。由统计学物理可知，对于一个由大量粒子组成的物理系统而言，其宏观特性是这些粒子运动状态的综合反映，因此分子动力学模拟的核心问题就是要计算所有粒子的运动规律。