熱物性を考慮したダイヤモンド切削の分子動力学シミュレーション

考虑热物理性质的金刚石切削分子动力学模拟

• 批准号: 15760072
• 负责人: 原田 宏幸
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760072/
• 关键词: 切削; ダイヤモンド工具; 古典分子動力学法; シミレーション; 熱伝導; diamond tool; molecular dynamics; heat conduction; 分子動力学; ダイヤモンド; 熱伝導率; シミュレーション

本研究では以下の3点に取り組んだ.1.古典分子動力学法によるシミュレーションに,金属特有の自由電子の移動による熱輸送を考慮した補正を加えるための計算手法を提案すること.2.ダイヤモンド工具をモデル化し,ダイヤモンドの物性,特に熱物性を表現する手法の開発を試みること.3.それらのモデルによるシミュレーションにより切削のミクロなメカニズムについての知見を得ること.得られた成果は以下の通り.1.本研究より以前に,微小な系において一定の成果を上げていた原子速度の空間的な平均化による金属熱伝導の表現方法では,より大きな3次元系ではFourierの法則に従う挙動を表現できないことがわかった.2.原子速度の二乗平均を用い,かつ一般に知られている材料のマクロな熱伝達率をパラメータとして含む新しい手法を提案し,熱伝導挙動を改善できた.ただし,依然として原子の運動のばらつきが失われる,マクロとミクロの速度を区別できないなどの問題点が残っている.4.Tersoff-Brennerポテンシャルによるダイヤモンド工具のモデル化を試みたが,結晶の表面状態の表現が困難であり,安定した結果を得られなかった.5.炭素原子のばね結合モデルによって,ダイヤモンド工具を表現した.このモデルは弾性率や熱物性を比較的良く表すが,原子論的な根拠には乏しく,現段階では検証が不十分である.6.上記のモデルにより切削シミュレーションを行い,提案したモデルでは通常の分子動力学法と比較して,同一の切削条件においてせん断角が大きく,また刃物先端により高温の領域が生じるなどの結果が得られた.当初計画していた方法が予想の結果を生まなかったこと,およびそれに伴う研究の遅れによって,検証の不十分な点が残っており,研究の期間内に成果を発表することはできなかった.

This study で は の 3 points below に group take り ん だ. 1. The classical molecular dynamics method に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に, metal peculiar の free electrons move の に よ る heat transfer を consider し た corrected を plus え る た め の method proposed を す る こ と. 2. ダ イ ヤ モ ン ド tool を モ デ ル し, ダ イ ヤ モ ン ド の physical properties, thermal physical performance を す に る gimmick の open 発 を try み る こ と. 3. そ れ ら の モ デ ル に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り cutting の ミ ク ロ な メ カ ニ ズ ム に つ い て の knowledge を must る こ と. Have ら れ た results under は の り. 1. This study よ り に before, tiny な department に お い て on certain の results を げ て い た atomic speed の space な averageness に よ る metal hot 伝 guide の representations で は, よ り big き な three component system で は Fourier の law に 従 う 挙 perform very で を き な い こ と が わ か っ た. 2. Average atomic speed の squares を い, か つ に commonly known ら れ て い る material の マ ク ロ な hot 伝 da rate を パ ラ メ ー タ と し て containing む new し い を proposal し, thermal dynamic を 伝 guide 挙 improve で き た. た だ し, still と し て atomic の movement の ば ら つ き が lost わ れ る, マ ク ロ と ミ ク ロ を の speed difference between で き な い な ど の problem point が residual っ て い る. 4. Tersoff - Brenner ポ テ ン シ ャ ル に よ る ダ イ ヤ モ ン ド tool の モ デ ル change を try み た が, crystallization の surface state の performance が difficult で あ り, settle し た results ら を れ な か っ た. 5. Carbon atoms の ば ね combining モ デ ル に よ っ て, ダ イ ヤ モ ン ド tool を performance し た. こ の モ デ ル は 弾 や を comparison in thermal and physical properties of good sex rate く table す が, atomistic な root 拠 に は spent し く, now Duan Jie で は 検 card が not quite で あ る. 6. Written の モ デ ル に よ り cutting シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を い, proposal し た モ デ ル で は の molecular dynamic method usually と compare し て, same の cutting condition に お い て せ ん broken Angle が big き く, ま た material blade apex に よ り high-temperature の が raw じ る な ど の results ら が れ た. Original plan し て い た methods が to think の results を raw ま な か っ た こ と, お よ び そ れ に with う research の 遅 れ に よ っ て, 検 card の is な point が residual っ て お り, during the period of study の に results を 発 table す る こ と は で き な か っ た.