摩擦磨损的分子动力学

　　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
1.1分子动力学模拟的发展历史1
1.2分子动力学模拟的应用与意义2
1.3分子动力学模拟的发展趋势4
参考文献6
第2章分子动力学的原理与方法10
2.1分子动力学原理10
2.1.1N原子系统11
2.1.2Verlet算法12
2.1.3Velocity-Verlet算法12
2.1.4初始位置和速度13
2.1.5时间步长13
2.1.6总模拟时间14
2.1.7系综类型14
2.1.8温度和压力控制14
2.1.9能量小化15
2.2分子间相互作用与势函数16
2.2.1对势16
2.2.2Morse势17
2.2.3SW势函数17
2.2.4Tersoff势函数18
2.2.5 EAM势函数19
2.3周期性边界条件20
2.4分子动力学模拟工具21
2.5缺陷的分析及可视化23
2.5.1缺陷的分析识别方法23
2.5.2可视化方法25
参考文献25
第3章纳米压入过程模拟28
3.1概论28
3.2纳米压入原理和试验28
3.3分子动力学模拟纳米压入过程37
3.3.1模拟方法38
3.3.2纳米力学行为及性能39
3.3.3塑性变形机理43
3.4单晶铜纳米压入的弹性回复行为46
3.4.1引言46
3.4.2分子动力学模型以及单晶铜力学参量47
3.4.3恒定速度加载条件下的弹性回复48
3.4.4恒定载荷速率加载条件下的弹性回复54
3.4.5单晶铜的蠕变和应力松弛现象60
3.4.6小结61
3.5单晶硅的纳米压入行为62
3.5.1相识别和表征方法62
3.5.2纳米压痕中单晶硅的相变65
3.6单晶纳米线的拉伸行为68
3.6.1引言68
3.6.2模型及方法69
3.6.3模拟结果70
参考文献79
目录第4章空气条件下纳米磨料磨损行为83
4.1概论83
4.2磨料磨损基本理论83
4.3空气条件下纳米尺度单晶铜的二体磨料磨损85
4.3.1单晶铜二体磨料磨损模型构建85
4.3.2单晶铜二体磨料磨损分子动力学87
4.4空气条件下纳米尺度单晶铜的三体磨料磨损97
4.4.1单晶铜三体磨料磨损的分子动力学模型97
4.4.2恒载下单晶铜的三体磨料磨损模型102
4.4.3纳米椭球形磨料滚滑判据104
4.4.4空气下单晶铜的纳米三体磨料磨损111
4.5空气条件下纳米尺度单晶硅的磨料磨损122
4.5.1单晶硅磨料磨损分子动力学模拟方法122
4.5.2单晶硅磨料磨损行为125
4.5.3单晶硅纳米磨料磨损时的塑性变形130
4.5.4纳米磨料磨损中单晶硅的相变131
4.5.5单晶硅相变的应力机理136
4.5.6小结139
参考文献140
第5章含水膜条件下单晶铜纳米薄膜材料的磨损行为143
5.1概论143
5.2单晶铜含水膜的纳米压入行为143
5.2.1引言143
5.2.2模型与模拟方法144
5.2.3水膜对单晶铜塑性变形的影响145
5.2.4压入方式对单晶铜塑性变形的影响151
5.2.5单晶铜应力松弛与弹性回复158
5.2.6小结163
5.3单晶铜含水膜的二体磨料磨损163
5.3.1模型与模拟方法163
5.3.2水膜对摩擦力的影响165
5.3.3单晶铜表面形貌167
5.3.4单晶铜塑性变形170
5.3.5单晶铜磨损评价173
5.3.6单晶铜单原子层磨料磨损机理174
5.3.7小结184
5.4单晶铜含水膜的三体磨料磨损185
5.4.1引言185
5.4.2模型与模拟方法185
5.4.3磨料形状对单晶铜三体磨料磨损的影响187
5.4.4载荷对单晶铜三体磨料磨损的影响196
5.4.5驱动速度对单晶铜三体磨料磨损的影响202
5.4.6小结206
5.5含水膜的纳米三体磨料磨损理论模型207
5.5.1引言207
5.5.2含水条件下磨料运动方式的理论模型208
5.5.3含水条件下磨料滚滑判据的讨论与分析211
5.5.4弹性回复对磨料运动方式的影响215
5.5.5多因素耦合的磨料滚滑判据216
5.5.6小结217
参考文献218
第6章化学机械抛光过程的分子动力学222
6.1概论222
6.2SiO2/Si双层纳米材料的压痕行为222
6.2.1引言222
6.2.2小压痕下纳米压痕行为223
6.2.3大压痕下纳米压痕行为233
6.2.4压痕速度对SiO2/Si纳米材料的影响244
6.2.5小结253
6.3SiO2/Si双层纳米材料的蠕变及应力松弛行为253
6.3.1引言253
6.3.2蠕变行为254
6.3.3应力松弛行为264
6.3.4小结270
6.4SiO2/Si双层纳米材料的摩擦磨损行为271
6.4.1引言271
6.4.2建模272
6.4.3载荷及薄膜厚度对摩擦力的影响273
6.4.4材料去除行为及表面质量分析276
6.4.5磨料尺寸对摩擦磨损的影响285
6.4.6磨料种类对磨损的影响287
6.4.7SiO2磨料性质对摩擦磨损的影响288
6.4.8去除模型293
6.4.9小结294
参考文献295
第7章晶界对纳米多晶铜力学性能的影响301
7.1概论301
7.2基于多相场理论构建多晶体系302
7.2.1多相场理论简介302
7.2.2多晶铜晶粒生长模型302
7.2.3三维多相场并行求解304
7.2.4MD模拟方法及参数简介306
7.3相场模型和规整多晶对比308
7.3.1引言308
7.3.2力学特性及变形行为对比分析309
7.3.3晶界应力集中对比分析310
7.3.4位错及HCP结构(SFs和TBs）对比分析311
7.3.5不同晶粒尺寸下多晶铜膜的变形机制313
7.3.6力学特性及变形行为314
7.3.7孪晶对晶粒变形的影响315
7.3.8孪晶与HCP结构(SFs和TBs）的相互作用316
7.3.9小结318
7.4不同应变率和温度下多晶铜变形机制318
7.4.1引言318
7.4.2不同应变率下力学特性及变形行为319
7.4.3不同温度下力学特性及变形行为323
7.4.4晶界活动对力学特性的影响326
7.4.5变形机制及影响晶界活动的因素327
7.4.6小结332
7.5不同晶粒尺寸的三维多晶铜变形机制333
7.5.1引言3