摩擦磨損的分子動(dòng)力學(xué)

前言
第1章緒論1
1.1分子動(dòng)力學(xué)模擬的發(fā)展歷史1
1.2分子動(dòng)力學(xué)模擬的應(yīng)用與意義2
1.3分子動(dòng)力學(xué)模擬的發(fā)展趨勢(shì)4
參考文獻(xiàn)6
第2章分子動(dòng)力學(xué)的原理與方法10
2.1分子動(dòng)力學(xué)原理10
2.1.1N原子系統(tǒng)11
2.1.2Verlet算法12
2.1.3Velocity-Verlet算法12
2.1.4初始位置和速度13
2.1.5時(shí)間步長13
2.1.6總模擬時(shí)間14
2.1.7系綜類型14
2.1.8溫度和壓力控制14
2.1.9能量小化15
2.2分子間相互作用與勢(shì)函數(shù)16
2.2.1對(duì)勢(shì)16
2.2.2Morse勢(shì)17
2.2.3SW勢(shì)函數(shù)17
2.2.4Tersoff勢(shì)函數(shù)18
2.2.5 EAM勢(shì)函數(shù)19
2.3周期性邊界條件20
2.4分子動(dòng)力學(xué)模擬工具21
2.5缺陷的分析及可視化23
2.5.1缺陷的分析識(shí)別方法23
2.5.2可視化方法25
參考文獻(xiàn)25
第3章納米壓入過程模擬28
3.1概論28
3.2納米壓入原理和試驗(yàn)28
3.3分子動(dòng)力學(xué)模擬納米壓入過程37
3.3.1模擬方法38
3.3.2納米力學(xué)行為及性能39
3.3.3塑性變形機(jī)理43
3.4單晶銅納米壓入的彈性回復(fù)行為46
3.4.1引言46
3.4.2分子動(dòng)力學(xué)模型以及單晶銅力學(xué)參量47
3.4.3恒定速度加載條件下的彈性回復(fù)48
3.4.4恒定載荷速率加載條件下的彈性回復(fù)54
3.4.5單晶銅的蠕變和應(yīng)力松弛現(xiàn)象60
3.4.6小結(jié)61
3.5單晶硅的納米壓入行為62
3.5.1相識(shí)別和表征方法62
3.5.2納米壓痕中單晶硅的相變65
3.6單晶納米線的拉伸行為68
3.6.1引言68
3.6.2模型及方法69
3.6.3模擬結(jié)果70
參考文獻(xiàn)79
目錄第4章空氣條件下納米磨料磨損行為83
4.1概論83
4.2磨料磨損基本理論83
4.3空氣條件下納米尺度單晶銅的二體磨料磨損85
4.3.1單晶銅二體磨料磨損模型構(gòu)建85
4.3.2單晶銅二體磨料磨損分子動(dòng)力學(xué)87
4.4空氣條件下納米尺度單晶銅的三體磨料磨損97
4.4.1單晶銅三體磨料磨損的分子動(dòng)力學(xué)模型97
4.4.2恒載下單晶銅的三體磨料磨損模型102
4.4.3納米橢球形磨料滾滑判據(jù)104
4.4.4空氣下單晶銅的納米三體磨料磨損111
4.5空氣條件下納米尺度單晶硅的磨料磨損122
4.5.1單晶硅磨料磨損分子動(dòng)力學(xué)模擬方法122
4.5.2單晶硅磨料磨損行為125
4.5.3單晶硅納米磨料磨損時(shí)的塑性變形130
4.5.4納米磨料磨損中單晶硅的相變131
4.5.5單晶硅相變的應(yīng)力機(jī)理136
4.5.6小結(jié)139
參考文獻(xiàn)140
第5章含水膜條件下單晶銅納米薄膜材料的磨損行為143
5.1概論143
5.2單晶銅含水膜的納米壓入行為143
5.2.1引言143
5.2.2模型與模擬方法144
5.2.3水膜對(duì)單晶銅塑性變形的影響145
5.2.4壓入方式對(duì)單晶銅塑性變形的影響151
5.2.5單晶銅應(yīng)力松弛與彈性回復(fù)158
5.2.6小結(jié)163
5.3單晶銅含水膜的二體磨料磨損163
5.3.1模型與模擬方法163
5.3.2水膜對(duì)摩擦力的影響165
5.3.3單晶銅表面形貌167
5.3.4單晶銅塑性變形170
5.3.5單晶銅磨損評(píng)價(jià)173
5.3.6單晶銅單原子層磨料磨損機(jī)理174
5.3.7小結(jié)184
5.4單晶銅含水膜的三體磨料磨損185
5.4.1引言185
5.4.2模型與模擬方法185
5.4.3磨料形狀對(duì)單晶銅三體磨料磨損的影響187
5.4.4載荷對(duì)單晶銅三體磨料磨損的影響196
5.4.5驅(qū)動(dòng)速度對(duì)單晶銅三體磨料磨損的影響202
5.4.6小結(jié)206
5.5含水膜的納米三體磨料磨損理論模型207
5.5.1引言207
5.5.2含水條件下磨料運(yùn)動(dòng)方式的理論模型208
5.5.3含水條件下磨料滾滑判據(jù)的討論與分析211
5.5.4彈性回復(fù)對(duì)磨料運(yùn)動(dòng)方式的影響215
5.5.5多因素耦合的磨料滾滑判據(jù)216
5.5.6小結(jié)217
參考文獻(xiàn)218
第6章化學(xué)機(jī)械拋光過程的分子動(dòng)力學(xué)222
6.1概論222
6.2SiO2/Si雙層納米材料的壓痕行為222
6.2.1引言222
6.2.2小壓痕下納米壓痕行為223
6.2.3大壓痕下納米壓痕行為233
6.2.4壓痕速度對(duì)SiO2/Si納米材料的影響244
6.2.5小結(jié)253
6.3SiO2/Si雙層納米材料的蠕變及應(yīng)力松弛行為253
6.3.1引言253
6.3.2蠕變行為254
6.3.3應(yīng)力松弛行為264
6.3.4小結(jié)270
6.4SiO2/Si雙層納米材料的摩擦磨損行為271
6.4.1引言271
6.4.2建模272
6.4.3載荷及薄膜厚度對(duì)摩擦力的影響273
6.4.4材料去除行為及表面質(zhì)量分析276
6.4.5磨料尺寸對(duì)摩擦磨損的影響285
6.4.6磨料種類對(duì)磨損的影響287
6.4.7SiO2磨料性質(zhì)對(duì)摩擦磨損的影響288
6.4.8去除模型293
6.4.9小結(jié)294
參考文獻(xiàn)295
第7章晶界對(duì)納米多晶銅力學(xué)性能的影響301
7.1概論301
7.2基于多相場(chǎng)理論構(gòu)建多晶體系302
7.2.1多相場(chǎng)理論簡介302
7.2.2多晶銅晶粒生長模型302
7.2.3三維多相場(chǎng)并行求解304
7.2.4MD模擬方法及參數(shù)簡介306
7.3相場(chǎng)模型和規(guī)整多晶對(duì)比308
7.3.1引言308
7.3.2力學(xué)特性及變形行為對(duì)比分析309
7.3.3晶界應(yīng)力集中對(duì)比分析310
7.3.4位錯(cuò)及HCP結(jié)構(gòu)(SFs和TBs）對(duì)比分析311
7.3.5不同晶粒尺寸下多晶銅膜的變形機(jī)制313
7.3.6力學(xué)特性及變形行為314
7.3.7孿晶對(duì)晶粒變形的影響315
7.3.8孿晶與HCP結(jié)構(gòu)(SFs和TBs）的相互作用316
7.3.9小結(jié)318
7.4不同應(yīng)變率和溫度下多晶銅變形機(jī)制318
7.4.1引言318
7.4.2不同應(yīng)變率下力學(xué)特性及變形行為319
7.4.3不同溫度下力學(xué)特性及變形行為323
7.4.4晶界活動(dòng)對(duì)力學(xué)特性的影響326
7.4.5變形機(jī)制及影響晶界活動(dòng)的因素327
7.4.6小結(jié)332
7.5不同晶粒尺寸的三維多晶銅變形機(jī)制333
7.5.1引言3