本文關鍵詞：非晶銅納米切削溫度場仿真研究

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【摘要】：與傳統(tǒng)晶態(tài)金屬不同,非晶態(tài)金屬內(nèi)部無位錯、層錯等微觀組織缺陷,具有優(yōu)異的力學性能、軟磁性能、化學性能,因此在航空航天、電力傳輸?shù)阮I域具有廣闊的應用前景。非晶態(tài)金屬在微觀組織結(jié)構上處于亞穩(wěn)態(tài),對溫度敏感,在外界條件作用下容易發(fā)生脆性斷裂和晶態(tài)轉(zhuǎn)變。切削加工過程中非晶態(tài)金屬會經(jīng)歷復雜的熱力耦合形變過程,刀具表現(xiàn)出明顯的粘接磨損現(xiàn)象,切屑呈現(xiàn)高頻周期性剪切帶特征。越來越多的研究表明上述現(xiàn)象都與金屬玻璃的溫度敏感性有密切關系。因此,本文針對非晶態(tài)金屬中短程有序的原子團簇微觀結(jié)構特點,利用分子動力學技術研究非晶態(tài)銅在納米切削過程中的溫度場分布規(guī)律,以期為深入理解非晶態(tài)金屬切削形變機理奠定理論基礎。非晶銅工件通過快速冷卻法制備,研究液態(tài)銅從液相到玻璃相轉(zhuǎn)變過程中原子體積的變化,通過線性擬合找到原子體積變化率的拐點,得到了非晶銅的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(g=774K)。分析非晶銅切削過程中的剪應變,得到非晶銅切削過程中的剪切角和剪切帶,反映了金屬玻璃的拉壓不對稱性現(xiàn)象。分析了分子動力學中對原子溫度計算存在的不足,提出了一種提升納米切削溫升計算精度的新思路。對非晶銅工件進行合理分組,采用改進后的計算方法對切削溫度進行計算;研究了切削速度、切削深度和刀具幾何參數(shù)對切削溫度的影響。結(jié)合原子的變形過程總結(jié)了切削速度和切削深度對刀具前刀面溫度、切屑溫度和已加工表面溫度影響,分析得出切削速度對切削溫度影響明顯,切削深度對切削溫度影響不明顯;通過對已加工表面的溫度和徑向分布函數(shù)進行分析,發(fā)現(xiàn)當溫度沒有達到非晶銅的玻璃轉(zhuǎn)變溫度時已加工表面也發(fā)生了晶化,表明晶化是有外部條件共同作用的結(jié)果。通過采集工件中多處溫度數(shù)據(jù),繪制了工件層溫度等高線圖,發(fā)現(xiàn)了待加工表面溫度梯度最大,已加工表面溫度梯度最小,溫度最高點位于刀具后刀面下方,不同切削參數(shù)下,溫度最高點所在深度不同。除溫度最高點的位置外,在納米切削過程中微小的切削區(qū)域也存在與常規(guī)切削類似的溫度分布規(guī)律。
【關鍵詞】：非晶銅 納米切削 溫度 分子動力學
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG506
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 非晶態(tài)金屬的優(yōu)異性能10-14
• 1.1.1 力學性能10-12
• 1.1.2 軟磁性能12-13
• 1.1.3 化學性能13-14
• 1.2 非晶態(tài)金屬的制備14-17
• 1.2.1 非晶態(tài)金屬的制備原理14-15
• 1.2.2 非晶態(tài)金屬的制備方法15-17
• 1.3 應用領域和未來趨勢17-19
• 1.4 非晶態(tài)金屬熱力學研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5 課題研究目的和意義21-22
• 1.6 課題研究內(nèi)容22-24
• 第2章 分子動力學中熱力學參數(shù)和溫度算法的優(yōu)化24-31
• 2.1 分子動力學模擬簡介24
• 2.2 分子動力學納米切削仿真中的勢函數(shù)和系綜的選擇24-26
• 2.3 熱力學信息26-28
• 2.4 溫度計算方法的優(yōu)化28-30
• 2.5 輸出數(shù)據(jù)的可視化30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第3章 非晶銅納米切削建模與溫度分析31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 非晶銅納米切削分子動力學建模31-33
• 3.3 確定非晶銅的玻璃轉(zhuǎn)變溫度33-35
• 3.4 非晶銅納米切削的剪切帶和剪切角35
• 3.5 切非晶銅納米切削仿真中的原子精確分組控制35-37
• 3.6 切削區(qū)域平均溫度的分析37-40
• 3.7 本章小結(jié)40-42
• 第4章 非晶銅納米切削過程中切削速度對溫度的影響及工件層溫度場分析42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 切削速度對溫度的影響42-49
• 4.2.1 切削速度對前刀面溫度的影響42-44
• 4.2.2 切削速度對切屑溫度影響44-46
• 4.2.3 切削速度對已加工表面溫升的影響46-49
• 4.3 工件層溫度場分析49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-53
• 第5章 切削深度對切削溫度的影響及溫度場分析53-60
• 5.1 引言53
• 5.2 切削深度對切削溫度的影響53-56
• 5.2.1 切削深度對刀具前刀面溫度的影響53-54
• 5.2.2 切削深度對切屑溫度的影響54-55
• 5.2.3 切削深度對已加工表面的影響55-56
• 5.3 非晶銅納米切削工件層表層溫度場分析56-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻62-67
• 致謝67

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本文編號：589196