多晶铜纳米加工表层形成机理及力学特性研究.pdf

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1、硕士学位论文多晶铜纳米加工表层形成机理及力学特性研究STUDYONTHEGENERATIONMECHANISMOFSURFACELAYERANDMECHANICALCHARACTERISTICSINNANOMACHININGOFPOLYCRYSTALLINECOPPER陈曦哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG501.1学校代码：10213国际图书分类号：621.94密级：公开工学硕士学位论文多晶铜纳米加工表层形成机理及力学特性研究硕士研究生：陈曦导师：郭永博副教授申请学位：工学硕士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学

2、院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG501.1U.D.C.:621.94DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHEGENERATIONMECHANISMOFSURFACELAYERANDMECHANICALCHARACTERISTICSINNANOMACHININGOFPOLYCRYSTALLINECOPPERCandidate：ChenXiSupervisor：AssociateProf.GuoYongboAcadem

3、icDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringMechanicalManufacturingandSpeciality：AutomationAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要纳米技术作为二十一世纪的研究热点，在近年来得到了迅猛发展。如何将日渐完善的纳米技术理论应用于

4、实际问题的解决仍然是有待突破的难题。纳米技术的持续发展受制于纳米尺度功能结构和器件的制备。由于纳米切削加工基础理论的缺乏，纳米机械加工技术作为获得纳米尺度结构的重要手段，也一直未能进一步突破。分子动力学仿真可以用于模拟纳米尺度下的机械加工过程，是纳米加工实验之外研究纳米加工机理的有效方法。本文使用分子动力学方法对多晶铜材料纳米加工过程进行了仿真模拟，研究了多晶铜纳米加工机理，开展了多晶铜工件金刚石刀具切削加工实验和纳米压痕实验，对仿真结果进行了定性验证。首先，基于Poisson-Voronoi方法建立了多晶铜仿真模型，将多晶模型进一步划

5、分为四类微观结构，分别是晶粒、晶界面、三叉晶界和顶点原子团，有利于从更细节的角度去分析加工过程中材料内部的微观变形机理。其次，构建了多晶铜的纳米刻划分子动力学仿真模型，研究了探针刻划过程中多晶铜内部缺陷结构演变、加工表面形成等微观机理现象。提取了单个晶粒的仿真结果进行分析，描述了位错在晶粒内部的成核扩展过程以及应力传递过程。然后，开展了金刚石刀具纳米切削加工多晶铜的仿真工作，探究了不同切削参数对切削力、表面质量、残余应力等方面的影响机制，旨在为实际加工中切削参数优化提供理论指导。最后，本文对多晶铜工件开展了金刚石刀具切削加工实验，得到了

6、多组以不同切削参数进行加工的工件，并对已加工工件的表面形貌进行了表征，分析切削参数对加工质量的影响，间接地为分子动力学仿真工作进行验证。还利用纳米压痕仪对已加工工件表面进行了硬度测试，得到了压痕力-压痕深度曲线，对比研究了切削参数对工件加工硬化现象的影响机制。关键词：纳米加工；多晶铜；应力分布；分子动力学-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractNanotechnology,asthefocusofresearchintwenty-firstCentury,hasbeendevelopingrapidlyinrecentyea

7、rs.Howtoapplytheincreasinglyperfectnanotechnologytheorytopracticalproblemsisstilladifficultproblemtobesolved.Thedevelopmentofnanotechnologyislimitedbythefunctionalstructureanddevicefabricationofnanometerscale.Duetothelackofthebasictheoryofnanoscalemachining,nanoscalemach

8、iningtechnology,asanimportantmeanstoobtainnanoscalestructure,hasnotbeenfurtherbroken.Moleculardynamicss