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单晶Cu纳米加工机理及其热效应的分子动力学模拟
  • ISSN号:0412-1961
  • 期刊名称:《金属学报》
  • 时间:0
  • 分类:TG146.1[金属学及工艺—金属材料;一般工业技术—材料科学与工程;金属学及工艺—金属学]
  • 作者机构:[1]哈尔滨工业大学精密工程研究所,哈尔滨150001
  • 相关基金:国家自然科学基金项目50675050,黑龙江省杰出青年科学基金项目JC200614及教育部新世纪人才计划项目06-0332资助
中文摘要:

基于大规模并行算法建立了单晶Cu纳米加工新型三维分子动力学仿真模型,采用Tersoff势、嵌入原子势(embeddedatom method,EAM)和Morse势分别描述刀具原子之间、工件原子之间和工件与刀具原子之间的相互作用.研究了纳米加工过程中系统的温度分布及其热效应的影响,从位错和温度的角度对切屑形成过程和纳米加工表面的形成机理进行了分析.模拟结果表明:位错的扩展方向和切屑的堆积方向均沿着与切削方向成45°方向(〈110〉晶向)运动;系统的温度分布呈同心形,切屑处温度最高,同时在金刚石刀具中存在较大的温度梯度;随着系统温度升高,工件材料具有热软化效应;切削速度和切削刃钝圆半径对系统的温度分布影响很大.

英文摘要:

In recent years,nanomachining has received an increasing attention because of the remarkable advancement in sciences and technologies.In nanomachining process,the atomic interaction in surface and subsurface layers plays an important role.At such a small nanoscale,the traditional continuum representation method,such as finite element method,becomes questionable.This difficulty can be solved in general by molecular dynamics(MD).MD provides the necessary insight into nanomachining process and allows researching local material properties and behaviors in detail.Based on the large scale parallel algorithm,a new three dimensional molecular dynamics simulation model was established for nanomachining of single crystal Cu.The interactions between workpiece atoms(Cu-Cu), copper and diamond atoms(Cu-C),and diamond atoms(C-C) were described by embedded atom method(EAM),Morse and Tersoff potentials,respectively.The temperature distribution and thermal effects during nanomachining were investigated.The chip formation and nanomachining mechanism were analyzed from the point of view of dislocation theory and thermal effects.The simulation results demonstrate that both the dislocation emission and chip pileup direction are along the〈110〉orientation. Temperature distribution presents a roughly concentric shape and a steep temperature gradient lies in diamond tool,and the highest temperature is found in chip.The workpiece material becomes soft as the system temperature increases.Cutting speed and cutting edge radius have a significant effect on the system temperature distribution.

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期刊信息
  • 《金属学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学协术协会
  • 主办单位:中国金属学会
  • 主编:柯俊
  • 地址:沈阳文化路72号
  • 邮编:110016
  • 邮箱:shxiao@imr.ac.cn
  • 电话:024-23971286
  • 国际标准刊号:ISSN:0412-1961
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1139/TG
  • 邮发代号:2-361
  • 获奖情况:
  • 第一、二届全国优秀科技期刊评比一等奖,第一、二、三届国家期刊奖,国家期刊方阵"双高"期刊,第一、二、三届中国科学院科技期刊评比一等奖,中国科学院优秀期刊特别奖,第一、二、三、五届中国科协优秀科技期刊评比一等奖,中国科协精品期刊工程A类、B类,第一、二、三、四、五届中国百种杰出学术期刊,首届出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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