摩擦磨損的分子動力學

前言
第1章緒論1
1.1分子動力學模擬的發(fā)展歷史1
1.2分子動力學模擬的應用與意義2
1.3分子動力學模擬的發(fā)展趨勢4
參考文獻6
第2章分子動力學的原理與方法10
2.1分子動力學原理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時間步長13
2.1.6總模擬時間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函數16
2.2.1對勢16
2.2.2Morse勢17
2.2.3SW勢函數17
2.2.4Tersoff勢函數18
2.2.5 EAM勢函數19
2.3周期性邊界條件20
2.4分子動力學模擬工具21
2.5缺陷的分析及可視化23
2.5.1缺陷的分析識別方法23
2.5.2可視化方法25
參考文獻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28
3.3分子動力學模擬納米壓入過程37
3.3.1模擬方法38
3.3.2納米力學行為及性能39
3.3.3塑性變形機理43
3.4單晶銅納米壓入的彈性回復行為46
3.4.1引言46
3.4.2分子動力學模型以及單晶銅力學參量47
3.4.3恒定速度加載條件下的彈性回復48
3.4.4恒定載荷速率加載條件下的彈性回復54
3.4.5單晶銅的蠕變和應力松弛現(xiàn)象60
3.4.6小結61
3.5單晶硅的納米壓入行為62
3.5.1相識別和表征方法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模擬結果70
參考文獻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建85
4.3.2單晶銅二體磨料磨損分子動力學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力學模型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力學模擬方法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單晶硅相變的應力機理136
4.5.6小結139
參考文獻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水膜對單晶銅塑性變形的影響145
5.2.4壓入方式對單晶銅塑性變形的影響151
5.2.5單晶銅應力松弛與彈性回復158
5.2.6小結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單晶銅磨損評價173
5.3.6單晶銅單原子層磨料磨損機理174
5.3.7小結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磨料形狀對單晶銅三體磨料磨損的影響187
5.4.4載荷對單晶銅三體磨料磨損的影響196
5.4.5驅動速度對單晶銅三體磨料磨損的影響202
5.4.6小結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含水條件下磨料運動方式的理論模型208
5.5.3含水條件下磨料滾滑判據的討論與分析211
5.5.4彈性回復對磨料運動方式的影響215
5.5.5多因素耦合的磨料滾滑判據216
5.5.6小結217
參考文獻218
第6章化學機械拋光過程的分子動力學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SiO2/Si納米材料的影響244
6.2.5小結253
6.3SiO2/Si雙層納米材料的蠕變及應力松弛行為253
6.3.1引言253
6.3.2蠕變行為254
6.3.3應力松弛行為264
6.3.4小結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載荷及薄膜厚度對摩擦力的影響273
6.4.4材料去除行為及表面質量分析276
6.4.5磨料尺寸對摩擦磨損的影響285
6.4.6磨料種類對磨損的影響287
6.4.7SiO2磨料性質對摩擦磨損的影響288
6.4.8去除模型293
6.4.9小結294
參考文獻295
第7章晶界對納米多晶銅力學性能的影響301
7.1概論301
7.2基于多相場理論構建多晶體系302
7.2.1多相場理論簡介302
7.2.2多晶銅晶粒生長模型302
7.2.3三維多相場并行求解304
7.2.4MD模擬方法及參數簡介306
7.3相場模型和規(guī)整多晶對比308
7.3.1引言308
7.3.2力學特性及變形行為對比分析309
7.3.3晶界應力集中對比分析310
7.3.4位錯及HCP結構(SFs和TBs）對比分析311
7.3.5不同晶粒尺寸下多晶銅膜的變形機制313
7.3.6力學特性及變形行為314
7.3.7孿晶對晶粒變形的影響315
7.3.8孿晶與HCP結構(SFs和TBs）的相互作用316
7.3.9小結318
7.4不同應變率和溫度下多晶銅變形機制318
7.4.1引言318
7.4.2不同應變率下力學特性及變形行為319
7.4.3不同溫度下力學特性及變形行為323
7.4.4晶界活動對力學特性的影響326
7.4.5變形機制及影響晶界活動的因素327
7.4.6小結332
7.5不同晶粒尺寸的三維多晶銅變形機制333
7.5.1引言3