《超精密切削表面納/微觀塑性機理與實驗研究》是依託華中科技大學，由陳貽平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超精密切削表面納/微觀塑性機理與實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳貽平
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
超精密車削工件表面在納/微米尺度下遠非理想光滑,臨界切削工況可看作金剛石刀具同粗糙表面間的摩擦作用。粗糙表面凸台導致的應力集中提供了位錯在近表面的不同形核機制，產生離表面距離不同的拉／壓殘餘應力層，這將直接影響加工表面完整性的準確評估。經典塑性理論處理這一小尺度接觸所致的塑性問題時出現明顯偏差。同時，因缺乏對位錯多種運動機制的全面描述，現有二維離散位錯動力學及解析模型僅能給出該問題的定性分析。三維離散位錯動力學同有限元的多尺度耦合為定量求解同一問題提供了新的思路，他通過對大量離散位錯多種運動機制更接近物理實際的描述來導出巨觀塑性應變增量，進行有限元分析，可使解決方案從目前二維定性分析上升到三維定量預測。同時構建高精度殘餘應力測量實驗對計算結果進行驗證評估。項目的實施將在物理層面上加深對超精密加工中微納米力學問題的進一步理解，模擬方法和實驗手段可直接用來評估加工表面，指導實際加工.
結題摘要
超精密切削加工技術是一門集機械、光學、電子、計算機、測量和材料科學等先進技術於一體的綜合性技術。超精密加工技術在尖端產品和現代化武器製造中占有重要地位。晶體材料工件表面在納微觀尺度下遠非理想光滑，而是存在著一系列分布和高度不同的微小凸台及其他微結構缺陷。當其平均尺寸處在幾個納米到幾個微米範圍內時，實驗觀察及理論分析表明，經典塑性理論不再能精確地模擬這一尺度下的彈塑性力學問題，原因在於此時位錯這一作為塑性變形物理基礎的離散性趨於占主導地位。因而離散位錯塑性模型在處理上述問題時便能發揮重要作用。以此為背景，項目開展了一下幾方面的研究工作： （1） 基於多邊形位錯環在彈性各向異性半空間的位移及應變解，將Mura等的用於各向同性材料壓痕模擬的分布位錯環模型推廣到單晶體納米壓痕數值模擬，研究了壓頭相對於試樣的不同晶體方位同卸載後回彈及塌陷量的關係；同時對試樣近表面的殘餘應力大小和分布進行了計算分析。建立的此分析模型可用於微納米力學中的納米壓痕試驗中表面位移及殘餘應力的計算分析。 （2） 基於多邊形位錯環在彈性各向異性全空間的位移解，同有限元結合建立了三維有限域彈性各向異性多晶體材料離散位錯力學模型，將相應的二維模型推廣到三維多晶模型；此模型能有效計算三維位錯環同多晶界面及薄膜同基體的相互作用。 （3） 開發了基於MPI的並行無限域三維彈性各向異性位錯動力學程式，可用於分析單晶體中位錯的多種運動機制。 （4） 開發了有限域三維彈性各向同性位錯動力學程式，分析了位錯環同孔洞的相互作用。 （5） 考慮幾何必需位錯密度及其演化對晶體滑移系開動阻力的影響，開發了Abaqus平台上應變梯度晶體塑性用戶子程式UMAT，計算了單晶銅絲的扭轉尺度效應。 （6） 開發了基於級數漸進展開的多尺度晶體塑性均勻化計算程式，模擬了多晶板材的織構演化，此方法放棄了經典的Taylor變形近似假設，更符合物理實際。 （7） 用大型分子動力學程式模擬了納米壓痕實驗中的位錯行為。
