本书采用分子动力学模拟的研究方法,对微装备、微制造领域的纳米摩擦和磨损问题进行了系统论述。其主要内容包括:绪论、分子动力学的原理与方法、纳米压入过程模拟、空气条件下纳米磨料磨损行为、含水膜条件下单晶铜纳米薄膜材料的磨损行为、化学机械抛光过程的分子动力学、晶界对纳米多晶铜力学性能的影响。本书主要应用LAMMPS大规模并行软件进行模拟计算,其中还涉及大量对位错理论、相变理论和相场方法的应用讨论,内容针对性强,可为解决微装备、微制造领域的纳米摩擦和磨损问题提供帮助。
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前言
第1章 绪论
1.1 分子动力学模拟的发展历史
1.2 分子动力学模拟的应用与意义
1.3 分子动力学模拟的发展趋势
参考文献
第2章 分子动力学的原理与方法
2.1 分子动力学原理
2.1.1 N原子系统
2.1.2 Verlet算法
2.1.3 Velocity-Verlet算法
2.1.4 初始位置和速度
2.1.5 时间步长
2.1.6 总模拟时间
2.1.7 系综类型
2.1.8 温度和压力控制
2.1.9 能量最小化
2.2 分子间相互作用与势函数
2.2.1 对势
2.2.2 Morse势
2.2.3 SW势函数
2.2.4 Tersoff势函数
2.2.5 EAM势函数
2.3 周期性边界条件
2.4 分子动力学模拟工具
2.5 缺陷的分析及可视化
2.5.1 缺陷的分析识别方法
2.5.2 可视化方法
参考文献
第3章 纳米压入过程模拟
3.1 概论
3.2 纳米压入原理和试验
3.3 分子动力学模拟纳米压入过程
3.3.1 模拟方法
3.3.2 纳米力学行为及性能
3.3.3 塑性变形机理
3.4 单晶铜纳米压入的弹性回复行为
3.4.1 引言
3.4.2 分子动力学模型以及单晶铜力学参量
3.4.3 恒定速度加载条件下的弹性回复
3.4.4 恒定载荷速率加载条件下的弹性回复
3.4.5 单晶铜的蠕变和应力松弛现象
3.4.6 小结
3.5 单晶硅的纳米压入行为
3.5.1 相识别和表征方法
3.5.2 纳米压痕中单晶硅的相变
3.6 单晶纳米线的拉伸行为
3.6.1 引言
3.6.2 模型及方法
3.6.3 模拟结果
参考文献
第4章 空气条件下纳米磨料磨损行为
4.1 概论
4.2 磨料磨损基本理论
4.3 空气条件下纳米尺度单晶铜的二体磨料磨损
4.3.1 单晶铜二体磨料磨损模型构建
4.3.2 单晶铜二体磨料磨损分子动力学
4.4 空气条件下纳米尺度单晶铜的三体磨料磨损
4.4.1 单晶铜三体磨料磨损的分子动力学模型
4.4.2 恒载下单晶铜的三体磨料磨损模型
4.4.3 纳米椭球形磨料滚滑判据
4.4.4 空气下单晶铜的纳米三体磨料磨损
4.5 空气条件下纳米尺度单晶硅的磨料磨损
4.5.1 单晶硅磨料磨损分子动力学模拟方法
4.5.2 单晶硅磨料磨损行为
4.5.3 单晶硅纳米磨料磨损时的塑性变形
4.5.4 纳米磨料磨损中单晶硅的相变
4.5.5 单晶硅相变的应力机理
4.5.6 小结
参考文献
第5章 含水膜条件下单晶铜纳米薄膜材料的磨损行为
5.1 概论
5.2 单晶铜含水膜的纳米压入行为
5.2.1 引言
5.2.2 模型与模拟方法
5.2.3 水膜对单晶铜塑性变形的影响
5.2.4 压入方式对单晶铜塑性变形的影响
5.2.5 单晶铜应力松弛与弹性回复
5.2.6 小结
5.3 单晶铜含水膜的二体磨料磨损
5.3.1 模型与模拟方法
5.3.2 水膜对摩擦力的影响
5.3.3 单晶铜表面形貌
5.3.4 单晶铜塑性变形
5.3.5 单晶铜磨损评价
5.3.6 单晶铜单原子层磨料磨损机理
5.3.7 小结
5.4 单晶铜含水膜的三体磨料磨损
5.4.1 引言
5.4.2 模型与模拟方法
5.4.3 磨料形状对单晶铜三体磨料磨损的影响
5.4.4 载荷对单晶铜三体磨料磨损的影响
5.4.5 驱动速度对单晶铜三体磨料磨损的影响
5.4.6 小结
5.5 含水膜的纳米三体磨料磨损理论模型
5.5.1 引言
5.5.2 含水条件下磨料运动方式的理论模型
5.5.3 含水条件下磨料滚滑判据的讨论与分析
5.5.4 弹性回复对磨料运动方式的影响
5.5.5 多因素耦合的磨料滚滑判据
5.5.6 小结
参考文献
第6章 化学机械抛光过程的分子动力学
6.1 概论
6.2 SiO2/Si双层纳米材料的压痕行为
6.2.1 引言
6.2.2 小压痕下纳米压痕行为
6.2.3 大压痕下纳米压痕行为
6.2.4 压痕速度对SiO2/Si纳米材料的影响
6.2.5 小结
6.3 SiO2/Si双层纳米材料的蠕变及应力松弛行为
6.3.1 引言
6.3.2 蠕变行为
6.3.3 应力松弛行为
6.3.4 小结
6.4 SiO2/Si双层纳米材料的摩擦磨损行为
6.4.1 引言
6.4.2 建模
6.4.3 载荷及薄膜厚度对摩擦力的影响
6.4.4 材料去除行为及表面质量分析
6.4.5 磨料尺寸对摩擦磨损的影响
6.4.6 磨料种类对磨损的影响
6.4.7 SiO2磨料性质对摩擦磨损的影响
6.4.8 去除模型
6.4.9 小结
参考文献
第7章 晶界对纳米多晶铜力学性能的影响
7.1 概论
7.2 基于多相场理论构建多晶体系
7.2.1 多相场理论简介
7.2.2 多晶铜晶粒生长模型
7.2.3 三维多相场并行求解
7.2.4 MD模拟方法及参数简介
7.3 相场模型和规整多晶对比
7.3.1 引言
7.3.2 力学特性及变形行为对比分析
7.3.3 晶界应力集中对比分析
7.3.4 位错及HCP结构(SFs和TBs)对比分析
7.3.5 不同晶粒尺寸下多晶铜膜的变形机制
7.3.6 力学特性及变形行为
7.3.7 孪晶对晶粒变形的影响
7.3.8 孪晶与HCP结构(SFs和TBs)的相互作用
7.3.9 小结
7.4 不同应变率和温度下多晶铜变形机制
7.4.1 引言
7.4.2 不同应变率下力学特性及变形行为
7.4.3 不同温度下力学特性及变形行为
7.4.4 晶界活动对力学特性的影响
7.4.5 变形机制及影响晶界活动的因素
7.4.6 小结
7.5 不同晶粒尺寸的三维多晶铜变形机制
7.5.1 引言
7.5.2 力学特性及晶界活动分析
7.5.3 弹性阶段变形分析及晶界波动模型的提出
7.5.4 塑性阶段的变形分析
7.5.5 小结
7.6 不同温度和应变率下三维多晶铜变形机制
7.6.1 引言
7.6.2 力学特性及晶界活动
7.6.3 弹性模量的定量分析
7.6.4 流变应力的定量分析
7.6.5 小结
7.7 预制孪晶的三维多晶铜变形机制
7.7.1 引言
7.7.2 力学特性及晶界活动
7.7.3 变形机制的分析
7.7.4 小结
参考文献
封底
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