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.

这项研究解决了以下三个点：1。提出一种使用经典分子动力学方法对模拟进行校正的计算方法，以考虑金属特异性游离电子的运动引起的热传输。 2。建模钻石工具，并试图开发表达钻石物理特性，尤其是热特性的方法。 3。模拟这些模型以获取有关切割的微观力学的知识。所获得的结果如下：1。在这项研究之前，发现通过空间平均原子速度传导金属热传导的表达，该原子速度在微型系统中取得了一定的结果，无法根据较大的三维系统中的傅立叶定律表达行为。 2。我们提出了一种使用原子速度平均值的新方法，包括常见材料作为参数的宏传热系数，并能够提高导热率。但是，原子运动的通量仍然与原子运动的通量相同。英语：仍然存在诸如切割丢失以及无法区分宏观和微速速度等问题。4。我们试图使用Tersoff-Brenner电位对钻石工具进行建模，但是很难表达晶体的表面状态，我们无法获得稳定的结果。5。我们使用碳原子的弹簧键模型表达了钻石工具。该模型表达了弹性模量和嗜热物质性质相对较好，但原子基础较差，在此阶段验证不足6。与通常的分子动力学方法相比，使用上述模型在相同的切割条件下进行了切割模拟，并且所提出的模型在相同的切割条件下具有较大的剪切角，并且结果诸如由于刀片尖端引起的高温区域之类的结果。最初计划的方法没有产生预期的结果，并且伴随的研究延迟留下了，并且在研究期内未发布结果。