微納米切削過程廣義質點動力學多尺度分析方法研究

《微納米切削過程廣義質點動力學多尺度分析方法研究》是依託昆明理工大學，由楊曉京擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微納米切削過程廣義質點動力學多尺度分析方法研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：楊曉京
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

多尺度分析能夠實現微納米切削過程中核心區域的原子級分析，突破單一尺度分析的局限,對深入研究微納米切削的微觀機理及其特有的新規律、新現象起關鍵作用。但採用現有的多尺度方法來進行微納米切削過程的分析存在跨尺度耦合區不協調的難題。本項目以微納米切削過程為研究對象，研究廣義質點動力學多尺度分析的理論與方法，核心區域用原子描述，其它區域用廣義質點描述，研究各級尺度區域的劃分方法和各區域廣義質點的表征，研究跨不同尺度區的耦合區的處理和算法，保證各級尺度耦合的協調性，建立微納米切削過程廣義質點動力學多尺度分析模型，確定模型求解方法和求解所涉及的物理參數、邊界條件和初始條件，進行求解結果的分析和試驗驗證，揭示微納米切削的微觀動態變化過程和微觀切削機理。通過研究，為微納米切削提供一種新的多尺度分析理論和方法，豐富和發展微納米切削加工理論體系，為超精密切削加工、微細切削加工提供理論依據和科學指導。

結題摘要

微納米切削過程多尺度分析通過與原子尺度的分析相結合，既能從原子結構角度分析微納米切削過程中切削力、切削層的變形、切屑和加工表面形成的微觀機制，又能突破單一尺度分析的局限,對深入研究微納米切削機理具有重要意義。由於採用現有的多尺度方法來進行微納米切削過程的分析存在跨尺度耦合區不協調的難題。本項目以微納米切削過程為研究對象，研究了廣義質點動力學多尺度分析的理論與方法，核心關鍵區域採用全原子分析，其它區域採用廣義大質點顆粒，研究了各級尺度區域的劃分理論與方法以及不同尺度區交界區的處理方法，找到了一種保證各級尺度耦合協調性的解決方法，建立了微納米切削過程廣義大質點動力學多尺度分析模型，採用廣義質點動力學多尺度方法分別對單晶銅和單晶鍺進行了微納米切削過程建模，分析了切削過程中的切削力、切屑形貌等切削特性。並與分子動力學模型對比，驗證了這種多尺度方法的有效性。分子動力學分析方法是微納米切削過程廣義質點動力學多尺度分析模型的基礎。項目還研究了微納米切削過程原子尺度分析方法，開展了微納米切削過程分子動力學分析方法研究，建立了單晶鋁、單晶銅微納米切削過程的分子動力學分析模型並求解，從原子結構角度揭示了微納米切削過程中切削力、切削層的變形、切屑形成的規律和微觀機理。 項目採用納米壓痕儀、原子力顯微鏡為實驗儀器，開展了單晶銅、單晶鋁、單晶鍺微納米切削特性實驗研究。以不同的刀具條件和不同切削工藝參數進行了切削實驗。獲得了相關實驗數據，並結合分子動力學、廣義質點動力學多尺度分析方法以及納米劃痕試驗，揭示了微納米切削的微觀機理。 微納米切削的實驗方法和設備是目前急需解決並具有挑戰性的問題。項目還研究了與微納切削實驗裝置相關的超精密定平台的理論與技術、顯微機器視檢測的理論與技術，初步成功研製了以三維納米級精密定位平移台、二維微小力感測器、顯微機器視覺為主要組成的微納米切削實驗裝置。 通過研究，豐富和發展了微納米切削加工理論體系，為超精密切削加工、微納米切削加工提供理論依據和科學指導。