单晶铜纳米切削的分子动力学模拟分析

简介：
本研究采用分子动力学方法，对单晶铜在纳米尺度下的切削过程进行模拟与分析，探讨材料去除机理及切削参数的影响。 单晶铜在纳米级别的切削是一种微小尺度上的精细加工过程，在这种过程中可以提升零件的表面质量和复杂度。由于实验设备限制了对这一过程的研究深度，分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟成为研究纳米切削机制的重要工具。通过MD模拟，研究人员能够揭示一些难以在传统实验中观察到的现象。 本论文深入探讨了单刃金刚石工具用于单晶铜的纳米切削，并分析了一系列主要问题。为了更好地理解这一过程，研究人员建立了三维分子动力学模型并进行了变切深纳米切削的模拟研究，尤其是关注于切削力的变化规律。 在纳米尺度下进行加工时，随着切割厚度减小，观察到了非线性尺寸效应导致的显著变化。为更准确地描述这种现象，研究者使用了小波变换来提取趋势成分，并利用分数阶微积分理论（Fractional Calculus, FC）建立了一个主切削力的趋势模型。此外，为了进一步分析纳米切削中不可控和复杂性的特点，研究人员引入了近似熵（Approximate Entropy, APEN），用于衡量不同时间点下主切削力及轴向切割力的复杂度。 这项研究展示了分子动力学模拟在探索纳米级加工机理中的有效性。通过此方法不仅能精确地再现复杂的加工过程，并且还为实验提供了重要的理论依据，对提升单晶铜零件制造精度和质量具有重要意义，同时也为进一步理解材料在微小尺度下的力学行为提供参考。未来，在工业生产中应用MD模拟技术来预测与优化纳米切削工艺将可能成为推动精密工程发展的重要手段之一。