本文關(guān)鍵詞：單晶銅納米接觸過程分子動力學(xué)及多尺度模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)的快速發(fā)展,器件的尺寸越來越小,達(dá)到微米甚至納米級。這些微納米器件在工作過程中,由于尺寸的減小,接觸過程中表現(xiàn)出與宏觀機械接觸不一樣的特性。這些器件的微觀接觸特性直接影響到微納米器件的工作性能和使用壽命,對微納尺度下的接觸研究對微器件的使用加工以及對整個微機電系統(tǒng)的發(fā)展都有極其重要的作用。 本文的課題來源是導(dǎo)師的國家自然基金項目“微機械摩擦副接觸力學(xué)行為多尺度耦合分析方法研究”,同時結(jié)合微機電系統(tǒng)中微機械接觸問題進行了研究。首先采用分子動力學(xué)方法模擬單晶銅納米尺度的平面—平面納米壓痕過程,研究了納米尺度條件下的平面副的接觸特征�？紤]到在實際的接觸過程中,材料表面往往存在大量的缺陷,所以采用分子動力學(xué)的方法模擬了剛性半球體在單晶銅缺陷表面的滑動摩擦過程,研究表面微凸體對滑動摩擦過程的影響。 對用宏觀材料的力學(xué)特性,研究過程中一般認(rèn)為是各向同性的,但是對于微觀納米尺度下的晶體材料,由于接觸過程中晶面晶向的不同對材料的力學(xué)性能和變形都會產(chǎn)生影響。本文采用分子動力學(xué)方法模擬單晶銅三個不同晶面條件的納米壓痕過程,研究其力學(xué)特性及晶體內(nèi)部的位錯變形情況,證明了晶體銅在納米尺度下的各向異性。 分子動力學(xué)模擬可以很好的模擬納米尺度下的接觸滑動摩擦過程,但是受到模型尺寸和計算機計算能力等因素的限制。多尺度耦合方法通過將分子動力學(xué)方法與有限元法耦合,可以有效的克服分子動力學(xué)的不足。本文對多尺度耦合方法進行了探討,并采用多尺度方法中的準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)法(QC),模擬研究了單晶銅兩凸臺平移接觸過程。 對于微尺度的納米接觸過程的研究,計算機模擬結(jié)果還需要通過具體的實驗來驗證。本文采用納米壓痕儀和原子力顯微鏡(AFM),通過納米接觸實驗,研究納米尺度下單晶銅的納米壓痕和滑動摩擦行為,同時研究了單晶銅不同晶面對納米壓痕和納米劃痕的影響。
【關(guān)鍵詞】：納米尺度 分子動力學(xué) 多尺度耦合 納米接觸 單晶銅
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB383.1;TH-39
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目錄9-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 微納尺度接觸行為的研究12-20
• 1.2.1 微尺度納米壓痕研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 微尺度納米滑動摩擦研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.3 微尺度納米接觸過程的多尺度研究19-20
• 1.3 本文研究內(nèi)容20-23
• 第二章 分子動力學(xué)模擬及相關(guān)接觸理論23-37
• 2.1 分子動力學(xué)模擬23-31
• 2.1.1 分子動力學(xué)運動方程23-24
• 2.1.2 分子動力學(xué)運動方程求解24-27
• 2.1.3 分子動力學(xué)模擬邊界條件27-28
• 2.1.4 分子動力學(xué)模擬中原子分布與初始速度28
• 2.1.5 分子動力學(xué)模擬中的原子勢函數(shù)28-30
• 2.1.6 分子動力學(xué)模擬中的溫度調(diào)節(jié)30-31
• 2.2 相關(guān)接觸理論31-36
• 2.2.1 接觸力學(xué)理論31-33
• 2.2.2 摩擦理論33-36
• 2.3 本章小結(jié)36-37
• 第三章 單晶銅納米接觸過程分子動力學(xué)模擬37-57
• 3.1 分子動力學(xué)模擬軟件37-39
• 3.2 單晶銅納米尺度平面-平面接觸過程模擬39-44
• 3.2.1 分子動力學(xué)模型39-40
• 3.2.2 模擬結(jié)果與分析40-43
• 3.2.3 結(jié)論43-44
• 3.3 剛性球面與缺陷表面滑動摩擦過程模擬44-49
• 3.3.1 分子動力學(xué)模型44-45
• 3.3.2 模擬結(jié)果與分析45-49
• 3.3.3 結(jié)論49
• 3.4 不同晶面單晶銅的納米接觸模擬49-56
• 3.4.1 不同晶面納米接觸模型的建立50-51
• 3.4.2 模擬結(jié)果與分析51-55
• 3.4.3 結(jié)果與討論55-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 第四章 單晶銅納米接觸過程多尺度模擬57-67
• 4.1 多尺度耦合理論57-62
• 4.2 單晶銅納米接觸的多尺度模擬62-65
• 4.2.1 接觸模型的建立62-63
• 4.2.3 模擬結(jié)果與分析63-65
• 4.3 本章小結(jié)65-67
• 第五章 單晶銅納米接觸過程實驗研究67-75
• 5.1 納米接觸實驗設(shè)備67-69
• 5.2 單晶銅納米壓痕實驗69-72
• 5.2.1 實驗器材69
• 5.2.2 實驗過程69
• 5.2.3 實驗結(jié)果與分析69-72
• 5.3 單晶銅滑動摩擦實驗72-74
• 5.3.1 實驗器材72
• 5.3.2 實驗過程72-73
• 5.3.3 實驗結(jié)果與分析73-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 第六章 總結(jié)與展望75-77
• 6.1 主要工作與總結(jié)75-76
• 6.2 創(chuàng)新點76
• 6.3 未來展望76-77
• 致謝77-79
• 參考文獻(xiàn)79-85
• 附錄A：本人在攻讀碩士學(xué)位期間的科研情況85-87
• 附錄B：LAMMPS部分程序87-88

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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  本文關(guān)鍵詞：單晶銅納米接觸過程分子動力學(xué)及多尺度模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：281451