[發(fā)明專利]基于分子動力學(xué)的納米尺度金剛石摩擦磨損過程模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110253578.8
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113012765B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈煜年;金春雷
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G06F30/25;G06F111/04;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

1.一種基于分子動力學(xué)的納米尺度金剛石摩擦磨損過程模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、讀取納米尺度金剛石模型數(shù)據(jù)，將金剛石模型分為磨粒與基底部分2個區(qū)域；

步驟2、利用晶格命令在劃定的區(qū)域內(nèi)填充碳原子形成金剛石，其中，晶格設(shè)置為：晶格常數(shù)

步驟3、確定能夠描述納米尺度金剛石體系中原子間相互作用力的勢函數(shù)，所述勢函數(shù)能量公式為：

V_ij＝f_C(r_ij)[f_R(r_ij)+b_ijf_A(r_ij)]

在上式中，V_ij表示為兩個粒子間的勢能，b_ij表示為兩個粒子之間的鍵的強(qiáng)度，r_ij表示兩個粒子間的距離，f_C用來表示截斷函數(shù)，f_R為原子間排斥作用，f_A表示原子間吸引作用；

步驟4、設(shè)定系統(tǒng)弛豫與分子動力學(xué)模擬的參數(shù)以及模擬環(huán)境；

步驟5、對金剛石模型進(jìn)行能量最小化計算，確定模型的能量最優(yōu)結(jié)構(gòu)；

步驟6、對金剛石邊界施加約束，使邊界層原子成為不可變形的剛體作為夾板；

步驟7、在磨粒半球頂部施加法向載荷，水平方向施加一個恒定的速度，使磨粒在基底表面摩擦，獲得含有原子坐標(biāo)信息的輸出文件；

步驟8、改變模型初始溫度參數(shù)，重復(fù)步驟5-7，得到不同溫度下含有原子坐標(biāo)信息的輸出文件；

步驟9、將含有原子坐標(biāo)信息的輸出文件導(dǎo)入可視化軟件Ovito進(jìn)行摩擦磨損過程的可視化；

步驟10、根據(jù)模型的原子坐標(biāo)信息獲得各個溫度下不同時刻金剛石磨粒磨損掉落的原子數(shù)量，計算磨損量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分子動力學(xué)的納米尺度金剛石摩擦磨損過程模擬方法，其特征在于，所述勢函數(shù)為Tersoff勢函數(shù)，所述Tersoff勢函數(shù)包括具有描述長程相互作用力的勢函數(shù)與描述碳碳鍵合作用力的勢函數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分子動力學(xué)的納米尺度金剛石摩擦磨損過程模擬方法，其特征在于，設(shè)定的系統(tǒng)弛豫與分子動力學(xué)模擬的參數(shù)包括等溫等壓系綜控溫條件、鄰域列表設(shè)置、邊界條件、控溫條件。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分子動力學(xué)的納米尺度金剛石摩擦磨損過程模擬方法，其特征在于，對金剛石邊界施加約束，使邊界層金剛石原子成為不可變形的剛體作為夾板的具體方法為：使用fix rigid命令使金剛石邊界成為僅可上下移動不發(fā)生翻轉(zhuǎn)的剛體夾板。