本专利属于超精密加工领域，涉及一种用于测定自由体积浓度分布情况的方法。
背景技术：
金属玻璃(也称非晶态金属)由于具有一系列独特的物理、力学和化学性能，被认为是具有广阔应用前景的新型材料之一。但是其在低温(如室温)高应力下的塑性变形极易发生变形局部化，形成剪切带，进而在拉伸或简单剪切载荷下发生灾难性的破坏，使金属玻璃应用可靠性变得难以预测，成为了制约大块金属玻璃作为结构材料推广应用的最大瓶颈之一。已有的研究表明，金属玻璃中形成的剪切带厚度在10-20纳米左右，并且得知自由体积(指非晶合金塑性变形过程中由于原子跃迁产生的可以容纳原子自由移动的空间体积)的聚集是剪切带形成的主要原因，自由体积在切削非晶合金时的分布以及如何聚集形成剪切带成为人们关注的重点。
技术实现要素：
本发明的目的在于，弥补现有技术问题的不足，利用一种全新的方法测定金属玻璃切削过程中自由体积的分布情况，该方法的创新之处在于可以观察到自由体积在切削过程中的运动状况以及剪切带的形成过程，第一次实现了剪切带形成的物理图像，为今后的科研工作者对金属玻璃剪切带的研究工作提供有力的证据。
本发明通过下述技术方案来实现：一种基于分子动力学测定自由体积分布的设计方法，包括以下步骤：
(1)制备非晶合金工件；
(2)建立分子动力学仿真切削模型；
(3)对工件进行精密的网格划分，得到各个网格内的原子个数；通过公式计算得出各个网格内的空隙(在切削过程中用空隙的改变来代替自由体积的改变)，输出的各个网格的坐标；
(4)在origin中绘制等高线图得到自由体积的分布云图。
本发明与现有技术相比的优越性在于：本发明能够实现自由体积的分布情况，直观的观测到金属玻璃在切削过程中剪切带的演化过程。
附图说明
图1为本发明的非晶合金建模图；
图2为本发明的为分子动力学仿真纳米切削工件和刀具建模示意图；
图3为本发明的工件的网格划分示意图；
图4为本发明的自由体积分布云图；
图5为本发明的流程示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图和具体实例对本发明方法作进一步分析说明：
本发明是针对非晶合金的一种基于分子动力学测定自由体积分布的方法，其主要内容是：确定研究对象的材料成分和制备方法，并在分子动力学中制备工件，设定边界条件；本发明实施例切削的工件材料是非晶合金Cu50Zr50,工件尺寸为包含76800个原子，切削深度为(工件大小和切削深度根据实际需要可以自由确定)，工件的制备是通过快速熔化-冷却的模拟方法制备而成。
(1)将Cu50Zr50晶体工件加热到2400K使其充分熔化，接着以1012K/s的冷却速率快速冷却高温合金熔体至室温300K，即获得了Cu50Zr50非晶合金如图1所示。
(2)用分子动力学Fortran语言建立工件模型和刀具模型如图2所示。
接着根据切削的仿真情况，确定划分网格的区域。如图3所示，对工件整体划分网格，网格边长为实现此命令的语句为：
compute g0newton chunk/atom bin/2d x upper 10y upper 10nchunk every ids every compress no bound x-250250bound y-80260units box。
(3)对工件进行精密的网格划分，得到各个网格内的原子个数；通过公式计算得出各个网格内的空隙(在切削过程中用空隙的改变来代替自由体积的改变)，输出的各个网格的坐标
在计算得到的原子个数和各个网格的坐标后，通过公式(1)(2)得出自由体积浓度：
式中，为非晶合金中空隙体积,vk为非晶合金的网格体积；N为网格内原子个数；vc为非晶合金对应的晶体平均原子体积(Cu50Zr50＝12.97)；C为自由体积浓度。
(4)在origion中绘制等高线图得到自由体积浓度的分布云图，结果如图4。