(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111339297.0 (22)申请日 2021.11.12 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市碑林区友谊西 路127号西北工业大 学 (72)发明人 周青　王婉　华东鹏　李硕　 王志军　王海丰　 (74)专利代理 机构 西安研创天下知识产权代理 事务所(普通 合伙) 61239 代理人 张红哲 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G16C 10/00(2019.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于分子动力学的因瓦合金纳米抛光 去除分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种分子动力学模拟材料纳 米抛光行为的分析方法。 以抛光速度对因瓦合金 抛光机理的影 响为例， 创新性地提出了一种系统 可靠的原子模拟结果分析方法。 针对表面磨损分 析， 我们首次提出用局域原 子密度方法分析微观 抛光表面磨损情况， 类似于实验中宏观摩擦的三 维轮廓分析方法。 针对抛光引起的温升分析， 不 同与前人求牛顿层平均温度的方法， 我们创新地 引入归一化原子温度方法， 可视化样品温度分 布。 针对前人定义的损伤层的不合理性， 我们考 虑了该模拟忽略的冲击波行为， 重新在此类模拟 中定义了损伤层的概念。 我们的分析方法为此类 抛光模拟的结果分析提供了更科学， 更可靠的手 段， 并为实验的实施提供了有效的指导。 权利要求书1页 说明书6页 附图6页 CN 114048605 A 2022.02.15 CN 114048605 A 1.一种基于分子动力学的因瓦合金纳米抛光去除分析方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤1： 基于样品建立因瓦合金纳米抛光的分子动力学模拟模型； 步骤2： 将模型在NPT系综下弛豫500ps以调整温度到300K， 获得稳定的面心立方结构因 瓦合金； 步骤3： 利用大规模原子/分子大规模并行模拟器LAMMPS对因瓦合金纳米抛光的分子动 力学模拟模型进行模拟实现； 步骤4： 将步骤3的模拟结果采用OVITO进行可视化和晶体结构缺陷分析， 且位错运动由 位错提取分析DXA进行探测； 步骤5： 基于步骤4分析得到抛光速度对去除效率、 亚表面损伤和抛光表面平整度的影 响； 步骤6： 根据步骤5得到的结论制定合理的抛光速度， 从而控制亚表面损伤层并提高工 件的表面质量。 2.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的因瓦合金纳米抛光去除分析方法， 其 特征在于， 步骤1所述的因瓦合金纳米抛光的分子动力学模拟模型 由面心立方的因瓦合金 样品和半径为 的金刚石磨粒组成。 3.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的因瓦合金纳米抛光去除分析方法， 其 特征在于， 步骤4的具体分析步骤 包括： 步骤41： 通过统计不同区域原子的堆积 情况反应出 抛光过程中材 料的去除材 料分布； 步骤42： 通过对工件原子温度的归一 化处理， 观察工件内部的温度分布； 步骤43： 观察工件内部抛光力的变化， 其与材 料的性质相关； 步骤44： 将亚表面损伤层的厚度定义为抛光稳定阶段从因瓦合金工件表面到位错线最 低点之间的距离， 用于得 出抛光过程中工件内部的损伤变化情况。 4.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的因瓦合金纳米抛光去除分析方法， 其 特征在于， 步骤6所述因瓦合金的合理的抛光速度为15 0m/s。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114048605 A 2一种基于分子动力学的因瓦合金纳米抛光去除分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及因瓦合金纳米抛光去除技术领域， 特别涉及 一种基于分子动力学的因 瓦合金纳米抛光去除分析 方法。 背景技术 [0002]为实现中国制造向中国创造转变， 推进中国智造高质量发展， 高端装备制造领域 对精密高精密加工技术的需求日益旺盛。 因瓦合金 因其独特的尺寸几乎不随温度波动而变 化的低膨胀特性而被广泛应用于国防工业、 航空航天、 测 量系统以及科学仪器等高精尖领 域。 相应的应用场景同时要求因瓦合金元部件具有极高的加工精度和表面质量， 因而其精 密超精密加工理论和技 术是相关领域高新科技发展的重要一环。 [0003]由Invar合金制造的仪器能在不同温度下保持相同的长度， 此外， 因瓦合金具有优 异的延展性和较高的韧性， 并且在低温环境下具有优异的抗疲劳性能和机械性能。 这些卓 越的性能和制造特性使得Invar合金在多个领域的科技发展都做出了巨大贡献。 然而随着 科学技术的不断进步， 高端装备对因瓦合金元部件加工精度、 表面质量和粗糙度的要求越 来越高。 加工过程中因瓦合金表面容易发生塑性变形积累缺陷， 导致服役寿命以及表面低 膨胀性能大受影响， 为指导开发满足工程需求的加工表面， 研究其宏观及微观多尺度下 的 变形损失机理， 建立加工 工艺与材 料微结构 演化之间的关系至关重要。 [0004]纳米抛光是一种可提高因瓦合金工件加工精度、 减少损伤的先进去除技术。 由于 该技术加工过程中材料去除和表面形成都在纳米尺度上， 不仅传统的加工理论无法解释纳 米抛光过程的现象和本质， 现有实验手段也难以实现对材料变形 的有效原位观察。 而分子 动力学(Molecular  Dynamics)模拟可以在原子水平跟踪空位、 位错和层错等缺陷的运动， 已经成为探索纳米抛光过程中材料去除机理的重要途径。 已有大量学者通过分子动力学模 拟对不同材料在加工过程中的亚表面损伤机理进 行了研究。 大部分的纳米抛光分子动力学 模拟研究大量集中在Si， Cu， Ni和Al等单晶材料上， 还有少量学者研究了GaN和SiC在加工过 程的亚表层变形机理。 但是对于纳米抛光过程中因瓦合金的材料去除机理尤其是变形损伤 机制的分子动力学模拟研究亟 待填补与完 善。 [0005]抛光速度是抛光过程中最重要的工艺参数之一， 合理的抛光速度可以在有效控制 亚表面损伤层的同时提高工件的表面质量。 因此， 本发明基于 分子动力学模拟从磨削力、 温 度、 势能、 表面形貌和亚表面损伤层的角度研究了抛光速度对加工质量的影响， 从而为因瓦 合金的高效率、 高精度和低损伤加工提供理论依据。 发明内容 [0006]针对上述存在的问题， 本发明提出了， 为了实现上述目的， 本发明所采用的技术方 案如下： [0007]一种基于分子动力学的因瓦合金纳米抛光去除分析方法， 其特征在于， 包括以下 步骤：说　明　书 1/6 页 3 CN 114048605 A 3