一种研磨液颗粒特性的耗散粒子动力学模拟方法_2

文档序号:9787603阅读:来源:国知局
最大,递减至 22.8,之后也呈平缓趋势,整体模拟结果相似;
[0018] (2)在初始温度时,氮化硼模型为1.35ΚΤ,高于碳化硅模型的1.32ΚΤ和三氧化二铝 模型的1.30ΚΤ,最终模拟后温度氮化硼模型为1.11ΚΤ、仍高于碳化硅模型的1.09ΚΤ和三氧 化二铝模型的1.06ΚΤ;在初始压力时,氮化硼模型为24.55,高于三氧化二铝模型的24.53和 碳化硅模型的24.50,最终模拟后压力氮化硼模型为的22.4、仍高于碳化硅模型的22.3和三 氧化二铝模型的22.2。
[0019] 该发明的有益效果在于:本发明选取了三种常用的磨粒晶胞团簇模型进行DPD仿 真模拟,通过建立模型、优化及仿真得到其温度、压力及原子坐标张量及压力差异系数等的 变化趋势,并且通过对比三种磨粒模型,分析其介观形态进而对宏观性能进行研究,从中选 取更适合实验的磨粒流加工,最后得到碳化硅磨粒压力及温度变化都较均匀,选其进行下 一步仿真模拟的磨粒,对之后进行磨粒磨削工件及实验奠定了基础。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明实施例中的三种颗粒晶胞团簇模型Dro仿真压力变化分析示意图。
[0021] 图2为本发明实施例中的三种颗粒晶胞团簇模型Dro仿真温度变化分析示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】进行描述,以便更好的理解本发 明。
[0023] 实施例
[0024]本发明实施例中的研磨液颗粒特性的耗散粒子动力学模拟方法,具体步骤如下:
[0025] (1)建立初始结构:运行Material Studio(MS)软件,新建一个Project命名为晶 胞。打开新的文档;工具栏选择Sketch Atom工具绘制一个晶胞,点击Clean工具修正得到合 理的几何构像;选择菜单栏Modules上的Amorphous Cell,在下列列表中选取 Construction,打开Amorphous Cell Construct ion对话框;点击Add将碳化娃原子添加到 体系中,单价Constituent moIecuIes栏中Number下的数字,设为100,温度选择为295K, Cell type选Periodic cell(设置体系含有周期性边界条件),其密度设置为3.22;设置完 成后,得到碳化硅晶胞团簇模型;
[0026] (2)优化体系:得到其碳化娃粒子模型后,通过选用Discover模块中的Minimizer 对其进行优化,打开Discover Minimizer对话框相关设置,然后点击Minimize按钮开始优 化;优化结束之后,会在Project Explorer中创建新目录Sketch IDisco Min,当任务完成 之后,最小化的结构会被存放在这个新目录之下。
[0027] (3)耗散粒子动力学仿真模拟设置:通过以上模型建立及优化,进行DH)模拟分析; 选取DPD Calculation对话框,在Se tup设置栏下选取运行模拟步数20000步,时间步长为 0 · 05,模拟时长为 1000;在Output periods中设置Frame every为 1000步长,Coordinates every为Iframes以及Restart file every为10000步。
[0028] 通过以上模型建立进行无量纲化计算,采用DPD模拟方法,使系统达到平衡态,因 传统Dro方法中保守力权函数具有排斥性,故当颗粒达到平衡态后,粒子均匀分布在整个区 域,应用保守力势函数及改进的积分算法,当经验系数为λ=ο.65继续展开Dro模拟。
[0029] (4)耗散粒子动力学模拟结果分析:通过DPD模拟后,得到其压力、温度变化曲线、 原子坐标下的压力张量图及压力差异系数曲线。在对碳化硅颗粒进行模拟的过程中,模拟 20000步时的压力状态呈递减趋势,压力值从最初的24 · 5的状态逐渐减小,在0至50时,此时 压力递减最为剧烈,加速度曲线明显,从24.5的状态递减至22.8,DH)颗粒呈现出一定的受 压形态;从50至100模拟过程中,压力维持22 · 6的受力,此刻逐渐趋于稳定状态,碳化硅DPD 磨粒也逐渐呈现稳定的形态。同样在碳化硅DH)颗粒模拟过程中,分析温度的变化趋势,初 始温度选定1.3KT,在进行初始模拟的过程中,从0至10模拟中,温度从1.3KT大幅度降至 1.05KT,温度也呈现出加速下滑状态,此后从10至100模拟之中,碳化硅Dro粒子逐渐稳定至 1.0 KT,Dro粒子也逐渐趋于稳定。通过对其压力张量分析,在X方向上,压力张量最初维持在 22.65,经过原子单元的变化,呈上下波动状态,最高为22.70,最低为22.60,基本维持不变; 而在Y方向上,压力张量呈现出剧烈的运动状态,在最初的原子坐标下,由22.7状态急剧下 滑到22.6,并且在3.5个单元的原子坐标状态下,达到最低值为22.5,其后维持上下波动幅 度减小,维持在22.6左右;而在Z方向上,随着原子坐标浮动,压力张量也呈现出集聚变化的 形态,由最初的22.8开始,在达到顶峰值22.9后,也在3.5个单元的原子坐标下,急剧下滑至 22.5,并且在其后状态中,再次呈现急剧上升状态。随着原子单元的增加,DH)粒子的压力单 元由最初的-0.08增长到0状态,在其后开始下降至最低值-0.12,通过原子单元增加,达到 顶峰值0.08,并稳定了两个坐标后,开始呈递减趋势,又达到最初的状态,在整个变化过程 中,呈现不稳定的状态。经过以上模拟,碳化硅晶格模型形态不断变化,经过20000步模拟的 压力、张量等的波动,各参数数值逐渐趋于稳定,最终得到碳化硅晶胞团簇模型无定形体 系。
[0030] 三种不同磨粒晶胞模拟结果分析:
[0031] 通过对碳化硅晶胞团簇模型的建立,对其团簇模型特性进行分析之后,对于分析 其介观尺度内的性能有了很好的研究,从而更好的反映其宏观性能。通常选取磨粒流加工 中的磨粒还有:三氧化二铝及氮化硼。三氧化二铝粉末呈白色状,常用磨粒粒径有2.5μπι、7μ πι、14μπι、28μπι、120μπι和150μπι,其对工件磨削效果较好,能有效去除小孔周边毛刺及倒圆角; 氮化硼磨粒是一种白色松散粉末,常用磨粒粒径有3 · 5μηι、7μηι、ΙΟμπι、14μηι和40μηι,它的硬度 较大,高于碳化硅粉末硬度,其切削能力强。进行同样的参数设置后,进行DH)仿真分析,通 过其压力及温度趋势,结合碳化硅磨粒晶胞团簇模型的特性分析,进行三种磨粒的晶胞团 簇模型数据对比,对比结果如图1及图2所示。通过晶胞团簇模型建立及仿真参数设置后,对 三种模型进行DH)仿真分析,由图1及图2能够看出,(1)三种模型在模拟时长1000下,仿真后 得到的温度及压力变化都呈递减趋势,温度从1 · 3ΚΤ左右递减至1 · 10ΚΤ,压力从25 · 0左右递 减至22.5;从初始模拟至100时,温度递减率最大,递减至1.15ΚΤ,之后呈平缓趋势;从初始 模拟至200时,压力递减率最大,递减至22.8,之后也呈平缓趋势,整体模拟结果相似;(2)在 初始温度时,氮化硼模型为1.35ΚΤ,高于碳化硅模型(1.32ΚΤ)和三氧化二铝模型(I.30ΚΤ), 最终模拟后温度氮化硼模型为1.11ΚΤ、仍高于碳化硅模型(1.09ΚΤ)和三氧化二铝模型 (1.06ΚΤ);在初始压力时,氮化硼模型为24.55,高于三氧化二铝模型(24.53)和碳化硅模型 (24.50),最终模拟后压力氮化硼模型为22.4、仍高于碳化硅模型(22.3)和三氧化二铝模型 (22.2)〇
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