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中国机械工程第10卷第6期1999年6月 分子动力学在纳米机械加工技术中的应用 罗熙淳　梁迎春　董　 申 　　　　摘要　介绍分子动力学的基本原理、算法, 阐述它在研究纳米机械加工 机理中的重要作用。介绍国外应用分子动力学研究超精密切削机理的现状 和方法。指出应用分子动力学研究纳米机械加工机理的发展趋势。认为分子 动力学是探索纳米机械加工机理的有力工具, 它必将推动纳米机械加工技 术的发展。 关键词　分子动力学　计算机模拟　切削机理　纳米机械加工技术 罗熙淳　博士研究生 中国图书资料分类法分类号　T G50 1. 1 　　分子动力学( ) 用于计算 的限制, 纳米加工过 M o lecu lar D yn am ics [ 1 ] 以固体、液体、气体为模型的单个分子运动 , 它 程 的实验计算和分 是探索各种现象本质和某些新规律的一种强有力 析不可避免地存在 的计算机模拟方法, 具有沟通宏观特性与微观结 着很多困难, 而分子 构的作用, 对于许多在理论分析和实验观察上难 动力学模拟完全可 以理解的现象可以作出一定的解释, 在物理、化 以克服这些困难。借 [2 ] 学、材料、摩擦学 等学科得到了广泛而成功的应 助分子动力学可 以 用, 在纳米机械加工中, 它同样可以大有作为。 建立纳米加工 的分 ( ) 原 子模型, 该模型 1　分子动力学应用于纳米机械加工技术 　 图1　二维分子动力学切削 ( ) 由边界分 原 子、牛 的意义 模型 ( ) 顿 原 分子和恒温 　　纳米机械加工技术是在0. 1 nm～ 100 nm 空 ( ) 层分 原 子组成, 图1是一个典型二维纳米切削分 间尺度内操作原子和分子, 对材料进行机械加工, 子动力学模型。刀具粒子与材料粒子之间的相互 [3 ] 制造具有特定功能的产品的高新技术 。金刚石 作用力可通过势能函数计算, 由于这些粒子属于 车削是纳米机械加工的主要形式。在进行纳米切 经典粒子, 因而可以忽略其量子效应, 建立运动方 削加工时, 切削发生在很小的区域内, 该区域只包 程。数值求解运动方程便得到材料与刀具粒子的 含数个原子层至数百个原子层。切削过程在本质 位移与速度, 从而仿真不同时刻粒子的运动轨迹, 上是原子的离散现象, 工件材料应看作是原子或 由此可以对加工过程中材料的去除过程和加工表 分子的集合体, 采用传统的连续介质力学显然是