石墨烯纳米压痕实验的分子动力学模拟

我们基于分子动力学(Molecular Dynamics), 建立了石墨烯纳米压痕实验的数值模型, 以模拟压痕实验过程, 得到典型实验过程的力-位移曲线, 并进而讨论压头下压速度, 压头半径以及边界条件等因素对实验结果的影响. 论文测得石墨烯弹性模量为1 TPa, 强度为240 GPa. 加载过程中, 压头加载到临界压入深度hc时, 石墨烯试件在压头处撕裂破坏. 给定最大压入深度, 对石墨烯进行加载—卸载—再加载试验, 发现当最大压入深度h_max小于h_c时, 石墨烯发生的是完全弹性变形; 当最大压入深度h_max大于h_c时, 卸载和再加载过程中石墨烯能基本恢复原貌, 但仍有少数C—C键较长而无法恢复, 成为石墨烯再加载时的破坏起点, 石墨烯的破坏力和位移都显著下降. 另外, 还发现大于0.05 nm/ps的压头速度和压头半径对石墨烯临界压入深度和破坏力都有显著影响.     

单晶硅纳米级压痕过程分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅纳米级压痕过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级压痕过程的瞬间原子位置、作用力和势能等变化,解释了压痕过程.研究表明:磨粒逐渐向单晶硅片的逼进和压入,使得磨粒下方的硅晶格在磨粒的作用下发生了剪切挤压变形,磨粒作用产生的能量以晶格应变能的形式贮存在单晶硅的晶格中(即硅原子间势能),因此硅原子间势能随着力的增加而不断增加,当超过一定值且不足以形成位错时,硅的原子键就会断裂,形成非晶层,堆积在金刚石磨粒的下方.当磨粒逐渐离开单晶硅片时,非晶层原子进行重构,释放部分能量,从而达到新的平衡状态.     

基于多尺度仿真方法的单晶铝纳米切削过程研究

分子动力学切削仿真方法所能模拟的原子数量有限.为了扩大切削仿真规模,该文采用分子动力学与有限元相结合的方法,在QC(Quasicontinuum)方法程序内核的基础上,结合纳米切削仿真的特点,编制出纳米切削多尺度仿真程序.用该程序进行了单晶铝纳米切削过程的多尺度仿真,进而分析了刀具角度对切削过程的影响.仿真结果验证了纳米切削多尺度仿真的可行性.     

新型点磨削砂轮磨削温度仿真实验

点磨削倾斜角α和新型砂轮粗磨区倾角θ的存在使得砂轮与工件接触区域发生变化,由线接触变为理论上的点接触,磨削区温度也随之发生变化.本文采用有限元法仿真点磨削温度,采用热电偶法测量磨削区温度,设计了五因素四水平L₁₆(4⁵)正交试验;通过极差分析,得出影响点磨削温度的主次因素为:粗磨区倾角θ>磨削深度a_○p>倾斜角α>进给速度v_○f>砂轮速度v_○s,降低磨削区温度的最优参数组合为:θ(20°),a_○p(0.01mm),α(1°),v_○f(0.6mm/min),v_○s(35m/s).最后采用单因素实验,验证仿真的正确性并且深入分析了各参数对点磨削温度的影响规律及原因.     

磨削温度场通式及其计算机仿真分析

在分析并给出磨削温度场积分解析通式的基础上,编程实现了磨削温度场通式的计算机仿真·用户可以方便地通过修改仿真软件界面的磨削参数对话框中参数来模拟并自动生成各种磨削条件下的磨削温度分布图及主要参数对温度的影响规律曲线·这为定量地分析包括断续磨削温度在内的各参数对磨削温度的影响提供了依据,并为生产实践中正确设计诸如开槽砂轮的沟槽参数及合理选择磨削用量等提供了一定的参考依据·给出了一些算例和不同磨削工艺参数对磨削温度的影响规律·     

平面端铣切削振动实验观察与计算机仿真

在切削试验和计算机仿真中观察分析铣削强迫振动与自激振动现象，通过比较试验，仿真以及前人研究结果，表明数字仿真可行，有优越性，分析了振动影响因素仿真确定稳定性极限产生误差的原因，发现机床模太参数影响远大于切削力特征值，证明建立多质量多自由度等效系统模型的必要。探讨了铣削振动消减措施。     

基于分子动力学的纳米压痕形变过程模拟

采用分子动力学方法模拟了金刚石压头压入Fe基体的纳米压痕全过程．研究了加载和卸载时基体的原子组态、载荷一位移曲线以及位错的发射和变化．分析了基体的塑性形变机理．发现压人深度为0．69nm时出现位错．随压入深度的增加位错长大成环,基体塑性形变加剧．卸载过程中位错环不断减小,当压头恢复到起始位置后,基体中心残留有位错环,产生了永久塑性形变,位错环的存在是基体产生永久塑性形变的关键因素．     

GaAs纳米颗粒快速熔化过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟1×1011K/s熔速下理想闪锌矿结构GaAs纳米颗粒(NPs)快速熔化过程中的微观结构演变,并采用径向分布函数、平均原子势能、平均配位数和可视化等方法对熔化过程中的微观结构变化进行分析。结果表明,高温下As容易以As蒸汽形式脱离体系;GaAs NPs依赖晶格极化、变形来减少过高的表面势能;由于颗粒不同位置上原子的势能大不相同,导致各区域熔化所需外界提供能量大小有所差异,GaAs NPs呈现出阶段性、区域性的熔化现象; GaAs NPs中部分闪锌矿结构的极化扭曲导致体系中纤锌矿结构形成。     

纳米切削中水的物理作用的分子动力学仿真

为了减少刀具磨损、提高工件表面完整性,借助分子动力学仿真对金刚石纳米级切削单晶铜进行了深入研究,比较了干切和加水切削时的晶格变形、切削力和热耗散,探讨了水基切削液和断续切削对刀具磨损和表面质量的影响.结果表明:水分子能够有效将刀具表面和被切材料分隔开,但是由于刀尖处接触压力极高、水膜易被穿透致使刀尖与铜原子直接作用,因此黏着现象无法完全避免.加水切削有利于减小摩擦力并降低刀具表面热量,工件已加工表面完整性得到提高,而断续切削有利于水膜的保持并充分发挥其冷却润滑作用.     

石英玻璃微尺度磨削温度仿真与实验研究

建立了微磨削过程的传热模型,针对石英玻璃材料进行有限元仿真分析,探讨了微磨削过程中磨削热的分布情况,分析磨削用量对磨削温度的影响规律.利用粒度500#的微磨具对石英玻璃进行单因素磨削温度测量实验.仿真与实验结果表明:磨削区表面最高温度随切削深度的增大而升高,随磨削速度的加快而升高,实测最高磨削区温度仅为94.2℃,并没有出现磨削烧伤现象.     

分子动力学模拟方法及其误差分析

以液态水体系为例进行了正则系综的分子动力学模拟计算，并将模拟结果与实验和文献结果进行比较。分析认为误差的产生主要是由于模拟过程中所采用的位能模型、算法和其他模拟参量不够准确造成的。由于误差产生的原因具有多样性，且各种因素是相互影响、相互制约的，所以实际模拟时，应在精度和误差之间作出平衡，以达到最佳的模拟效果。     

磁化增注机理的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法，从分子水平对磁化增注的机理进行了模拟研究。计算结果表明在优化磁感应强度范围内，水的表面张力系数和粘滞系数降低，使水的渗透性和流动性增强，达到增注的目的；在此基础上，从结晶学的角度对磁化防垢的效果进行了分析，研究表明经优化磁场处理后，水溶液的临界晶核半径减小，晶体成核速率和生产速率明显增加，溶液的过饱和度迅速降低，晶体的长大受到限制而形成较小的结晶颗粒，析出的固相将有更多的部分悬浮于水中，易于随水流动而减少沉淀，从而达到防垢、增注的效果。磁化增注效果在B=0．25T时最为明显。     

电流变液的分子动力学模拟

运用分子动力学方法研究了电流变液的在外电场下的液－固相变过程,原子间的相互作用采用简单偶极势来描写,计算结果表明：对于一个给定的外电场,当系统温度逐步降低的时间,电流变液中的颗粒首先会沿电场方向排列成链状结构,然后逐步转变成块状体四方结构。研究结果与作者前期用统计力学方法所得结论相一致,也与实验结果比较吻合。     

磨削积分平均温度的研究

在磨削过程中,砂轮工作表面的磨粒对工件进行三种不同特点的作用:切削、塑性挤压和弹性挤压。这三种作用所产生的热量及砂轮结合剂对工件表面的摩擦,在砂轮与工件接触区形成积分平均温度。本文提出了积分平均温度及工件内温度分布的测定和计算方法,并研究了各种磨削因素对它们的影响。     

磨削工艺参数对磨削表面粗糙度影响的研究

本文分析了砂轮表面特性和修整对磨削表面粗糙度的影响;运用最优回归试验设计进行了试验研究,得出了同以往公式不同的磨削工艺参数与磨削表面粗糙度间的数学模型,指出了砂轮修整用量对磨削表面粗糙度有显著影响。     

磁场对水扩散系数影响的分子动力学模拟研究

将水系统视为正则系综，采用分子动力学模拟（Molecular dynamics simulation简称MD）方法对磁场条件下水的扩散系数进行了计算。结果表明水的扩散系数与外加磁场强度的关系是多极值关系，且在B＝0.25T以及常温下磁化效果最为明显；通过对径向分布函数的计算发现：磁处理对水理化性质的影响，主要是由于磁场改变了水的径向分布函数，使水的结构发生变化，从而影响了水的扩散系数，增大了水分子的活性和渗透性。     

用MD方法计算磁场条件下水的粘度

将水系统视为正则系统,采用分子动力学模拟（Molecular dynamics simulation简称MD)对磁场作用下水的内能、粘度和径向分布函数进行了计算。研究结果表明：磁场可以影响g(r)的分布,使水的结构发生变化,从而导致水的粘度发生改变;粘度与外加磁场强度的关系呈多极值特征,且在B＝0．25T以及常温下磁化效果最为明显。     

端磨时最优磨削用量的计算

本文从理论上分析了端面磨削时最优磨削用量的计算,并进行了实验验证;提出了端磨时接触弧长的计算公式,对生产实际,尤其对刃磨切削刀具有一定的指导意义。     

ELID超精密镜面磨削砂轮磨损规律的研究

分析了在线电解修整（ＥＬＩＤ）超精密镜面磨削中砂轮的磨损规律，给出了砂轮径向磨损速率和体积磨损速率的估算公式，并进行了实验验证。