[发明专利]基于分子动力学纳米切削非晶合金表面粗糙度的分析方法

说明书

本发明公开了一种基于分子动力学纳米切削非晶合金表面粗糙度的分析方法，其内容包括：确定研究对象的材料成分和制备方法；在分子动力学中制备工件，设定边界条件；对工件进行区域分类，确定工作区域，工件一般分为边界层、恒温层和牛顿层，工作区域一般为牛顿层；确定切削深度和工件大小；确定网格划分的区域以及网格的大小；利用chunk命令划分网格，编程进行仿真；统计各个分区内原子个数，并绘制相关曲线；利用公式计算得出表面粗糙度数值Ra；根据曲线图和计算出的Ra数值直观表征已加工表面的表面粗糙度。本发明能够较清楚的反映出表面粗糙度的变化，为纳米切削加工领域提供了新的思路。

技术领域

本发明属于纳米级超精密加工领域，涉及一种基于分子动力学纳米切削非晶合金表面粗糙度的分析方法。

背景技术

非晶合金是由超急冷凝固得到的具有长短无序结构并且没有晶粒、晶界存在的固态合金，由于它的性能优异、工艺简单，从80年代开始成为国内外材料研究开发的重点。而作为一种材料，它的加工方法必然会用到切削。作为现代制造技术前沿的超精密加工与纳米切削技术，随着加工精度不断提高，可以达到纳米级甚至原子级。在纳米切削技术应用到非晶合金加工过程中，研究对象成为了原子或分子，如何测定加工表面粗糙度是一个亟待解决的问题。

目前对分子动力学仿真模拟主要集中在切削过程中受力、变形、温度、切削力等的分析，并没有对已切削表面粗糙度的分析方法。本发明旨在这一领域提供一种简单、有效、全新的表面粗糙度分析方法，使得从事这方面研究的人员能够有效地测定超精密纳米切削领域已切削材料的表面粗糙度。

发明内容

本发明弥补了现有技术中的不全，提供一种基于分子动力学纳米切削非晶合金表面粗糙度的分析方法，其目的在于实现纳米切削非晶合金表面粗糙度的测定。

理论上，若纳米切削过程十分精确，加工完成后表面应是十分平整的，每个分区内原子个数相差不大。故而本发明在工件中选取若干个相邻网格并实时测量网格内原子个数，在切削完成之后将各个网格内原子数统计出来，用origin进行数据处理反映出已加工表面的粗糙度情况。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于分子动力学纳米切削非晶合金表面粗糙度的分析方法，其内容包括以下步骤：

步骤1.确定研究对象的材料成分和制备方法；

步骤2.在分子动力学中制备工件，设定边界条件；

步骤3.对工件进行区域分类，确定工作区域，工件一般分为边界层、恒温层和牛顿层，工作区域一般为牛顿层；

步骤4.确定切削深度和工件大小；

步骤5.确定网格划分的区域以及网格的大小；

步骤6.利用chunk命令划分网格，编程进行仿真；

步骤7.统计各个分区内原子个数，并绘制相关曲线；

步骤8.利用公式计算得出表面粗糙度数值Ra；式中：y_i为测得的原子个数减去平均原子个数即origin图像中波峰波谷的数值，n为分区组数；

根据曲线图和计算出的Ra数值直观表征已加工表面的表面粗糙度，并方便广大学者通过该方法直接分析各种因素对加工材料表面粗糙度的影响。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种基于分子动力学纳米切削非晶合金表面粗糙度的分析方法，与现有技术相比具有这样的有益效果：