Η μέθοδος της Μοριακής Δυναμικής και η χρήση της στις κοπές νανοκλίμακας

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η μέθοδος προσομοίωσης Μοριακής Δυναμικής και συγκεκριμένα αναλύεται η εφαρμογή της σε κοπές νανοκλίμακας. Αρχικά τίθενται οι θεωρητικές βάσεις του μοντέλου της Μοριακής Δυναμικής και πιο συγκεκριμένα όλων των θεμελιωδών παραγόντων που το απαρτίζουν και το επηρεάζουν, όπως υπολογισμοί των τροχιών, η επιλογή ενέργειας δυναμικού ή/και ο καθορισμός της ταχύτητας κοπής, άρα και της θερμοκρασίας. Στη συνέχεια αναλύεται πιο ειδικά η χρήση της Μοριακής Δυναμικής στις νανοκοπές, τα πλεονεκτήματα, οι περιορισμοί της και οι παράμετροι διεργασίας που την επηρεάζουν, όπως το διατομικό δυναμικό που θα επιλεγεί για την προσομοίωση, η μεταβολή της γωνία κοπής του εργαλείου, το βάθος κοπής, η παραμόρφωση του υποστρώματος της επιφάνειας του υλικού κατεργασίας κ.α. Οι παράμετροι αυτοί εξετάστηκαν για τη μελέτη της μηχανικής των κοπών νανοκλίμακας και παρουσιάστηκαν τα αποτελέσματα τους στο τελικό κατεργασμένο υλικό. Για την ολοκλήρωση της βιβλιογραφικής ανασκόπησης έγινε παρουσίαση κάποιων χαρακτηριστικών περιπτώσεων προσομοίωσης Μοριακής δυναμικής για μη-σιδηρούχα υλικά, όπως ο χαλκός και το αλουμίνιο, για ημιαγωγικά υλικά, όπως το πυρίτιο, και τέλος για το σίδηρο που αποτελεί και το πιο κοινώς χρησιμοποιούμενο υλικό κατεργασίας. Τέλος περιγράφεται μια τρισδιάστατη προσομοίωση ΜΔ σε κοπή νανοκλίμακας, που αποτελεί την τελευταία λέξη της τεχνολογίας στον τομέα αυτό. Λέξεις κλειδιά:

Molecular dynamics (MD) simulation, like other simulation techniques can play a significant role in addressing a number of machining problems at the atomic scale. It may be noted that atomic simulations are providing new data for arious manufacturing processes and tribological phenomenon that cannot be obtained readily in any other way—theory, or experiment. In this thesis ,the principles of MD simulation, relative advantages and current limitations, and its application to a range of machining problems and materials are reviewed. The main parameters of the MD simulations that have been examined are: the selected interatomic potential, the rake angle, the edge radius, the depth of cut on cutting and thrust forces, the subsurface deformation of the machined surface etc. Also there are more specific parameters that play a significant role in nanocutting processes such as crystal orientation. Moreover for the completion of the review, have been examined the most common cases of materials, such as non-ferrous, like copper and aluminum, semiconductors, like silicon, and iron, which is the most widely used work material. Finally, it is described a 3D nanocutting model, which is the state of the art in its respective area, and the model is also verified by comparing with