本文關(guān)鍵詞：非晶合金納米切削機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)仿真研究

  更多相關(guān)文章： 非晶合金 納米切削 分子動(dòng)力學(xué)

【摘要】：非晶合金由于其獨(dú)特的微觀組織結(jié)構(gòu),長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序,表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能,有著廣泛的應(yīng)用前景。而材料的應(yīng)用必然離不開(kāi)其加工方法的研究,切削是一種重要的、高效、高精度的成型加工方法,研究非晶合金的切削加工具有重要意義。目前,關(guān)于非晶合金切削的研究還較少,受現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件在時(shí)間、空間尺度上的制約,其切削機(jī)理及其變形的清晰物理圖像仍未知。分子動(dòng)力學(xué)是一種能在微觀層面下研究原子運(yùn)動(dòng)軌跡的方法,使得在微觀上探究非晶合金的切削過(guò)程可行。研究了非晶合金Cu50Zr50切削過(guò)程中的剪切變形、切削力及工件溫度變化。在剪切變形的分析中,發(fā)現(xiàn)了非晶合金切削的兩個(gè)過(guò)程,開(kāi)始切削時(shí)的材料變形積聚-釋放階段,以及后續(xù)的穩(wěn)定切削階段。切削力的曲線很明顯的觀察到了這兩個(gè)過(guò)程。對(duì)切削過(guò)程中的工件溫度進(jìn)行了計(jì)算,最高可達(dá)800 K,略高于其玻璃轉(zhuǎn)變溫度,并進(jìn)一步分析了工件結(jié)構(gòu)的變化。對(duì)非晶合金Cu50Zr50切削過(guò)程中的勢(shì)能和體積、原子軌跡及變形單元-剪切轉(zhuǎn)變區(qū)演變進(jìn)行了研究。分析了切削過(guò)程中切削層和工件層區(qū)域勢(shì)能、體積的變化,證實(shí)了非晶合金的屈服過(guò)程就是一種玻璃轉(zhuǎn)變的過(guò)程。結(jié)合瞬時(shí)位型圖,分析了切削中原子的運(yùn)動(dòng)軌跡。二維模擬了非晶Cu50Zr50的切削過(guò)程,觀察到了剪切轉(zhuǎn)變區(qū)在切削中的演變過(guò)程,其首先在應(yīng)力作用下驅(qū)動(dòng)變形,而后變形以流變的形式發(fā)生。對(duì)單組元非晶Cu進(jìn)行了切削模擬,觀察到了晶化現(xiàn)象。采用共近鄰分析技術(shù)(CNA)分析了切削中的晶化過(guò)程,晶粒首先在應(yīng)力較大的刀具刀尖及前刀面處形核,而后快速長(zhǎng)大到彼此接觸時(shí)停止。接著合并首先在局部發(fā)生,并沿晶界不斷擴(kuò)展,通過(guò)將晶界處的多余自由體積排出來(lái)完成合并過(guò)程。同時(shí)還利用相對(duì)位移矢量標(biāo)記法分析了合并的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。研究了切削過(guò)程中的勢(shì)能、體積,發(fā)現(xiàn)其值在升高過(guò)程中會(huì)發(fā)生由于晶化所致的突然減小的現(xiàn)象,表明晶化的發(fā)生是需要一定的驅(qū)動(dòng)能。對(duì)切削過(guò)程進(jìn)行了剪應(yīng)變分析,觀察到了切屑中周期性剪切帶的形成,切屑自由表面為鋸齒形。最后結(jié)合原子結(jié)構(gòu)圖,證實(shí)了其切削變形是在非晶態(tài)下進(jìn)行。
【關(guān)鍵詞】：非晶合金 納米切削 分子動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG139.8;TG506
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 非晶合金及其發(fā)展概述10-12
• 1.2 非晶合金的力學(xué)性能12-14
• 1.3 非晶合金的宏觀形變行為14-15
• 1.3.1 室溫下的非均勻形變14
• 1.3.2 高溫下的均勻形變14-15
• 1.4 非晶合金切削加工的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.5 材料切削的計(jì)算機(jī)模擬方法18
• 1.6 本文的研究目的及內(nèi)容18-20
• 第2章 分子動(dòng)力學(xué)模擬方法20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬簡(jiǎn)介20-26
• 2.2.1 分子動(dòng)力學(xué)發(fā)展及原理20-22
• 2.2.2 牛頓運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值求解算法22-24
• 2.2.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬的系綜24
• 2.2.4 模擬中的勢(shì)函數(shù)24-25
• 2.2.5 周期性邊界條件25-26
• 2.3 分子動(dòng)力學(xué)熱力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)分析26-27
• 2.3.1 熱力學(xué)信息26
• 2.3.2 徑向分布函數(shù)26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 非晶合金Cu50Zr50納米切削建模及仿真分析28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 納米切削建模及仿真28-32
• 3.2.1 原子間作用力29
• 3.2.2 工件的制備29-31
• 3.2.3 切削模型建立31-32
• 3.3 切削過(guò)程分析32-36
• 3.3.1 切削中的剪切變形32-33
• 3.3.2 切削力的變化33-35
• 3.3.3 工件層溫升對(duì)材料結(jié)構(gòu)的影響35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 第4章 非晶合金Cu50Zr50納米切削中勢(shì)能與體積及剪切轉(zhuǎn)變區(qū)的研究38-56
• 4.1 引言38
• 4.2 非晶合金納米切削中勢(shì)能與體積38-50
• 4.2.1 仿真設(shè)置39-40
• 4.2.2 反映原子狀態(tài)變化的區(qū)域勢(shì)能與體積40-46
• 4.2.3 原子流動(dòng)過(guò)程中的原子軌跡分析46-50
• 4.3 非晶合金切削中剪切轉(zhuǎn)變區(qū)的研究50-54
• 4.3.1 仿真設(shè)置50-51
• 4.3.2 變形單元剪切轉(zhuǎn)變區(qū)的演變51-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第5章 單組元非晶Cu金屬切削建模及仿真分析56-66
• 5.1 引言56
• 5.2 單組元非晶銅金屬切削模型及仿真56-58
• 5.3 切削過(guò)程分析58-65
• 5.3.1 非晶銅的納米切削晶化過(guò)程58-59
• 5.3.2 晶粒的長(zhǎng)大與合并機(jī)理59-61
• 5.3.3 晶化中勢(shì)能與體積的變化61-63
• 5.3.4 切削區(qū)剪切形變分析63-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果74-75
• 致謝75-76
• 作者簡(jiǎn)介76

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 盧柯,王景唐;預(yù)退火熱處理對(duì)非晶態(tài)Ni-P合金晶化動(dòng)力學(xué)的影響[J];金屬學(xué)報(bào);1990年05期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張衛(wèi)國(guó);Vit1塊體金屬玻璃的切削性能研究[D];燕山大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：659813