钢液中纳米夹杂物的分子动力学模拟介绍

双铁块约束的2纳米颗粒（金刚石和二氧化硅）摩擦学性能的分子动力学模拟关键词：金刚石纳米颗粒二氧化硅纳米颗粒分子动力学摩擦学行为摘要通过分子动力学模拟对金刚石和二氧化硅（SiO 2）纳米粒子的摩擦学行为进行了检查；四例模拟。

在低速和低负载下，纳米颗粒把两个块彼此分离，并起着球轴承的作用。

由于行动的纳米颗粒，塑料变形，温度分布，和摩擦力均得到改善。

然而，当负载增大时，变形，进而引起滚动效应的损失，会产生纳米SiO 2颗粒的破碎。

没有纳米粒子，传输层在高速和低负载形成。

这2纳米颗粒提供了一定时间的支撑。

然而，在高的速度和高负载，在一个短的滑动时间内这些纳米粒子的支持效果变遗失。

引言添加纳米颗粒大小为1～120纳米的润滑油作为减摩抗磨添加剂在最近几年已收到显着的注意。

实验结果表明，各种纳米粒子如金属，金属氧化物，硫化物，非金属和稀土可以提高减摩抗磨性能的润滑油。

然而，这些纳米粒子的润滑机制仍不能被完全理解。

这些润滑机制目前主要通过实验方法研究。

事实上，研究人员已经提出了几种机制，这些机制是基于扫描电子显微镜图像和能量色散谱谱的磨损表面的分析。

这些机制包括：（一）（a）滚动摩擦（b）第三体材料（c）表面保护膜和（d）自修复效应。

然而，这些机制是揣摩性的，即，仅仅根据实验结果，但缺乏理论支持与直接证据。

表示，一般试验中的润滑状态是边界润滑，薄膜润滑，和弹流润滑。

此外，纳米粒子的润滑机理随着润滑状态的变化而变化。

还有关于导致减摩抗磨纳米润滑表面的主导机制没有达成共识。

例如，ghaednia和杰克逊是不确定是否纳米粒子，可以转动可以起到纳米球轴承的作用，可能会引起磨粒磨损，或在粗糙的顶部形成tribolayers。

周和李质疑是否真的是纳米金刚石颗粒真的会表现出滚珠轴承的作用。

这些问题是不容易解决的实验。

因此，对于他们的决心，额外的研究方法是必不可少的。

对于纳米摩擦学行为的实验研究，分子动力学模拟方法一般是认为是一个非常有用的补充工具。

Volume29Number8The Chinese Journal of Nonferrous Metals August2019 DOI：10.19476/j.ysxb.1004.0609.2019.08.09基于分子动力学模拟的金属材料纳米加工机理研究进展刘欢，郭永博，赵鹏越，苏殿臣(哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨150001)摘要：微纳器件已经广泛应用于光学、电子、医学、生物技术、通信、航空航天等领域，研究金属材料在纳米尺度下的变形特性及材料的去除机理对实现微纳器件的功能具有重要意义。

利用分子动力学(Molecular dynamics, MD)模拟方法可以实现对纳米加工过程的“实时在线”观察，从而能够更好地理解金属材料的纳米加工机理。

从纳米压痕和纳米加工两个方面，阐述近年来金属材料纳米加工机理的研究进展，指出目前MD模拟方法的一些不足并提出几个改进建议。

关键词：分子动力学；金属材料；加工机理；纳米切削；纳米压痕文章编号：1004-0609(2019)-08-1640-14中图分类号：TG501.1文献标志码：A微纳米加工制造技术已经广泛应用于生物、化学、航天、医药、通信等领域[1−2]。

然而，当工件的结构尺寸从微米级过度到纳米级时，由于尺寸效应、表面效应和量子效应等方面的影响，材料在物理、化学、摩擦、机械等方面会呈现出不同的特性[3]。

例如，宏观上为绝缘体的Si在纳米尺度下变为导体，宏观上不透明的Cu在纳米尺度下呈现透明状态，宏观上化学性质稳定的Al在纳米尺度下变成了可燃物。

因此，实现在纳米尺度下操作原子的纳米加工制造技术给人们带来了无限遐想，也将使21世纪的科技变得无限可能。

目前制造业对加工精度的要求日趋严苛，产品向小型化、高可靠性、高集成度方向发展的趋势也越来越明显。

微型发动机、微型反应器、微型热交换器、微型医用植入体等微纳器件在今后的科技发展中将起到至关重要的作用[4−5]。

α-Fe和γ-Fe长程F-S势的分子动力学模拟程江伟;张先明;吴永全;王秀丽;郑少波;蒋国昌【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2007(23)5【摘要】根据Sutton等推导面心立方金属长程F-S势函数的方法推导得到α-Fe 和γ-Fe的最优参数分别为,ε=0.2453,a=0.28664 nm,n=7,m=4,c=7.7525和ε=0.0006,a=0.36467 nm,n=15,m=4,c=1104.7351.用所推导的势参数对常压下不同温度时α-Fe和γ-Fe的性质进行了分子动力学(MD)模拟,结果表明,计算得到的Fe的微观结构(径向分布函数,配位数,原子的配位状态)和宏观物性(线性膨胀,密度)都能与实验结果相吻合,说明所推导的长程F-S势函数参数适用于α-Fe和γ-Fe 的MD模拟.【总页数】7页(P779-785)【作者】程江伟;张先明;吴永全;王秀丽;郑少波;蒋国昌【作者单位】上海大学材料科学与工程学院,上海市钢铁冶金重点实验室,上海,200072;上海大学材料科学与工程学院,上海市钢铁冶金重点实验室,上海,200072;上海大学材料科学与工程学院,上海市钢铁冶金重点实验室,上海,200072;上海大学材料科学与工程学院,上海市钢铁冶金重点实验室,上海,200072;上海大学材料科学与工程学院,上海市钢铁冶金重点实验室,上海,200072;上海大学材料科学与工程学院,上海市钢铁冶金重点实验室,上海,200072【正文语种】中文【中图分类】O641;TF01【相关文献】1.嵌入纳米Fe颗粒的Fe液凝固过程的分子动力学模拟 [J], 吴永全;沈通;陆秀明;张宁;赖莉珊;高帅2.长程有序金属间化合物FeAl和Fe_3Al合金的高温氧化行为 [J], 谭明晖;郭建亭;孙超;李辉;赖万慧;王淑荷3.不同温度下Cu/FeS复合材料摩擦过程中组织演变的分子动力学模拟研究 [J], 洪振军;陈敬超;冯晶4.反应合成Cu/FeS复合材料摩擦磨损分子动力学模拟 [J], 洪振军;陈敬超;冯晶;胡付立5.微量镁对长程有序金属间化合物Fe_3Al和FeAl力学性能的影响 [J], 郭建亭;殷为民;金瓯因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

金属材料力学性质的分子模拟研究金属材料是现代工程领域中最重要的材料之一。

了解金属材料的力学性质对于设计和优化材料在不同工程应用中的性能至关重要。

传统的实验方法提供了对材料力学性能的很多有用信息，但是它们通常是昂贵和耗时的。

因此，采用计算方法对金属材料的力学性质进行分子模拟研究具有重要的意义。

本文将讨论金属材料力学性质的分子模拟研究方法及其在材料科学研究中的应用。

分子模拟方法是通过建立分子间相互作用势函数和采用统计物理力学的原理来计算材料的结构和性质。

对于金属材料来说，分子动力学（molecular dynamics, MD）方法是一种应用广泛的分子模拟方法。

在分子动力学模拟中，金属材料被看作由原子组成的系统，原子间的相互作用势函数描述了原子之间的相互作用力。

通过对系统引入适当的温度和压力条件，可以模拟金属材料在特定温度和压力下的力学行为。

在金属材料力学性质的分子模拟研究中，最重要的是模拟材料的应力-应变（stress-strain）曲线。

应力-应变曲线是描述材料在受力作用下变形行为的图像，能够展示材料的强度、塑性和断裂行为。

通过分子动力学模拟，可以计算出应力-应变曲线，并对金属材料的力学性能进行定量分析。

除了应力-应变曲线外，金属材料力学性质的分子模拟研究还可以通过计算材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等力学参数来进一步研究材料的性能。

这些参数能够提供关于材料刚性、塑性和韧性的信息。

例如，弹性模量可以用来描述材料在受力下的变形程度，而屈服强度可以用来衡量材料抗变形的能力。

通过分子模拟方法，我们可以通过计算原子间相互作用势函数和力的关系来获得这些重要的力学参数。

除了力学性质，金属材料的分子模拟研究还可以揭示材料的微观结构和固溶行为。

金属材料通常由多种原子组成，而原子的排列方式和组成比例对材料的性能具有重要影响。

通过分子动力学模拟，可以准确计算材料的原子位移、晶体结构和界面性质等。

这些信息对于设计和制造优化材料有着重要的指导作用。

纳米颗粒在流体中的输运特性模拟简介纳米颗粒在流体中的输运特性模拟是研究纳米材料与流体相互作用的重要手段之一。

通过模拟纳米颗粒在流体中的输运过程，可以深入了解纳米颗粒在流体中的行为和性质，为相关领域的应用提供重要的理论指导和实验参考。

本文将介绍纳米颗粒在流体中输运特性模拟的原理、方法和应用。

原理纳米颗粒在流体中的输运特性受到多种因素的影响，包括颗粒的形状、大小、表面性质以及流体的黏度、密度等。

基于分子动力学（Molecular Dynamics, MD）的模拟方法是研究纳米颗粒在流体中输运特性的常用手段之一。

其基本思想是将系统中的每个分子都看作一个质点，通过计算分子之间的相互作用力，可以模拟分子在时间上的演化过程。

在纳米颗粒与流体相互作用的过程中，主要存在两种力：粘附力和流动力。

粘附力是指纳米颗粒与流体分子之间的吸引作用，主要由范德华力和静电相互作用力构成。

流动力是指流体分子对纳米颗粒施加的推动和阻力作用，主要由黏滞力和惯性力构成。

通过模拟计算这些力的作用，可以研究纳米颗粒在流体中的输运特性。

方法纳米颗粒在流体中的输运特性模拟需要解决的关键问题是：如何准确描述分子之间的相互作用力，以及如何处理大规模分子系统的计算问题。

为了解决这些问题，采用了以下方法：分子动力学模拟分子动力学模拟是一种基于牛顿运动定律的模拟方法。

在模拟过程中，需要给定初始位置和速度，并计算分子之间的相互作用力。

通过数值积分求解牛顿运动定律的微分方程，可以得到系统在时间上的演化过程。

分子动力学模拟可以模拟大规模分子系统的动力学行为，具有较高的计算效率和精度。

力场模型力场模型是描述分子之间相互作用力的数学模型。

在纳米颗粒与流体相互作用模拟中，通常采用分子力场（Molecular Force Field, MFF）模型来描述纳米颗粒和流体分子之间的相互作用力。

常用的分子力场模型包括经典力场和量子力场。

经典力场模型假设原子和分子是刚性球，在描述分子间相互作用力时，通过定义离子偶极矩、电荷分布等参数来表示分子之间的相互作用力。

微纳米尺度下材料力学行为的模拟与实验研究随着微纳米科技的快速发展，对材料力学行为在微纳米尺度下的研究越来越受到关注。

微纳米尺度下材料的特殊性质和行为使得传统的连续介质力学理论无法详尽解释和预测材料的力学行为。

因此，模拟与实验研究在这一领域的发展变得至关重要。

一、微纳米尺度下材料力学行为模拟的方法与进展1. 原子分子动力学（MD）模拟原子分子动力学（MD）模拟是一种重要的方法，用于模拟物质在原子尺度下的运动。

它基于牛顿运动定律，通过计算每个原子的受力和能量，模拟材料的力学行为。

MD模拟可以提供详细的原子尺度信息，包括应力、变形等。

然而，由于材料在微纳米尺度下存在大规模的原子移动和变形，MD模拟的计算量非常大，限制了其应用范围。

2. 分子动力学（MD）模拟分子动力学（MD）模拟是一种模拟方法，用于研究材料的力学行为。

与原子分子动力学（MD）模拟不同，分子动力学（MD）模拟将材料看作是由分子组成的，能够模拟材料的变形、断裂等力学行为。

分子动力学（MD）模拟可以在较大尺度上模拟材料的行为，但仍存在计算量大的问题。

3. 有限元法（FEM）有限元法（FEM）是一种用于分析材料和结构力学行为的数值方法。

它将材料和结构分割成离散的有限元素，通过求解离散方程得到材料的应力和变形。

有限元法（FEM）可以模拟不同尺度的材料，包括微纳米尺度下的材料。

但是，由于有限元法（FEM）基于连续介质力学，对于描述原子尺度下的行为仍然存在局限性。

二、微纳米尺度下材料力学行为实验的方法与进展1. 原子力显微镜（AFM）原子力显微镜（AFM）是一种常用的表征微纳米尺度下材料力学行为的实验方法。

通过在材料表面扫描探针，可以获得材料表面的高度信息，从而了解材料力学行为。

原子力显微镜（AFM）不仅可以测量材料的表面形貌，还可以测量纳米尺度下的力学性质，如刚性、弹性等。

2. 压痕实验压痕实验是一种常见的实验方法，用于研究材料的力学行为。

通过在微纳米尺度下对材料进行压痕，可以获得材料的硬度、弹性模量等力学参数。

不锈钢液中非金属夹杂物成分的动力学计算的开题报告一、研究背景与意义加工生产不锈钢制品时，往往需要涉及到钢液的混合、加热、保温、铸造等一系列工艺，非金属夹杂物是其中一种常见的锅炉水垢、焊缝、磨损介质、环境气体等，会进入到钢液中。

夹杂物会影响不锈钢制品的质量和性能，导致产品失效。

因此，探究不锈钢液中夹杂物成分的动力学计算，有助于分析钢液成分变化的规律，为不锈钢产品的生产提供一定的理论指导。

二、研究内容与方法2.1 研究内容：本研究旨在探究不锈钢液中非金属夹杂物成分的动力学计算，通过实验研究、模拟计算等方法，获取其影响因素以及变化规律。

2.2 研究方法：（1）实验研究：采用真实的不锈钢钢液进行一系列实验，分析其成分变化规律，获得夹杂物在钢液中的分布情况和成分含量关系。

（2）模拟计算：采用计算机仿真模拟的方法，在虚拟理论研究中获取夹杂物在钢液中的聚集规律，研究其与液态钢的相互作用规律，模拟计算其成分变化。

三、预期研究结果通过本次研究，可以预期获得以下研究结果：（1）揭示不锈钢液中非金属夹杂物的成分分布规律和成分含量变化规律，分析影响夹杂物含量的因素。

（2）建立夹杂物在钢液中的动力学计算模型，并进行模拟计算，验证研究结果的正确性。

（3）解析夹杂物在不锈钢液态过程中的影响规律，为改进钢液净化工艺和制品生产工艺提供新的理论支持。

四、研究价值与意义研究不锈钢液中非金属夹杂物成分的动力学计算，可以进一步完善不锈钢制品生产过程中的工艺和质量控制。

夹杂物在钢液中的存在会影响到产品的化学性能、物理性能、力学性能等多个方面，通过研究夹杂物的分布规律，可以有效降低产品的质量缺陷率，提高制品的品质。

同时，通过夹杂物分布情况的研究，可以指导改进清洁工艺，降低清洁成本，提高生产效率。

形成冶金复合材料界面的分子动力学模拟在材料科学领域，冶金复合材料是一种非常有潜力的材料，它由两种或更多种不同的金属材料组成，通过热加工、机械加工、等离子弧焊、激光熔覆等工艺制备而成。

冶金复合材料因其物理性能优异，广泛应用于航空、汽车、机械等领域。

其中，界面的形成和性质对材料的整体性能有着至关重要的作用。

本文将介绍一种用分子动力学模拟研究冶金复合材料界面形成的方法。

一、分子动力学模拟简介分子动力学（Molecular Dynamics，MD）是一种分子模拟方法，主要用于研究分子间相互作用、分子的运动及其对宏观状态的影响。

分子动力学方法基于牛顿运动定律和哈密顿原理，通过数值模拟方法，将需要研究的分子体系建模并用数学方法求解其运动方程，从而得到分子的动态行为及性质。

二、冶金复合材料界面的分子动力学模拟冶金复合材料的界面是由两个或多个不同材料界面相互作用而形成的。

在分子动力学模拟中，可以通过建立一个真实的原子模型来研究界面形成的过程。

具体而言，包括以下步骤：（1）原子模型的构建冶金复合材料的材料选择和界面形态决定了原子模型的构建方式。

在构建原子模型时，首先需要选择用于模拟的原子种类和材料组成比例，然后通过分子动力学软件进行模型构建并设置参数，包括粒子间相互作用力和初速度等。

（2）原子模型的能量计算在模拟过程中，需要计算原子模型各个时刻的能量，以表征各个原子之间的相互作用。

因此，需要对原子间的相互作用力进行计算，从而得到体系的总势能。

通常采用Lennard-Jones 势函数来描述相互作用力。

（3）界面的形成过程模拟界面的形成主要是由于两种不同材料之间的扩散和相互作用引起的。

在分子动力学模拟中，可以通过模拟两种不同材料之间的相互作用，分析物质的扩散、界面的热力学稳定性及其界面形态变化等物理过程。

三、分子动力学模拟在冶金复合材料界面研究中的应用目前，分子动力学模拟在冶金复合材料界面的研究中已经得到广泛应用。

纳米尺度摩擦过程的分子动力学模拟
刘小明;由小川;柳占立;庄茁
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】2008(44)9
【摘要】利用分子动力学方法模拟了刚性金刚石压头在Ni单晶体上的滑动过程,讨沦了压入深度对摩擦力的影响(压入深度对滑动过程中压头下方的微结构演化(能否发射位错环)有很大影响).结合摩擦过程中的塑性行为和能量耗散机制,解释了产生摩擦力锯齿形曲线的原因,证实了位错的形核及湮灭是黏一滑机制的原因之一.不同滑动速度对摩擦力影响的模拟表明,压头的滑动速度决定了压头下方位错环的运动和演化形式:在高速滑动下,形成的位错环依次沿着滑移面很快向Ni单晶基体内扩展;在低速滑动下,压头下方产生的位错环互相发生作用,在材料的亚表面形成较低能量的大位错环,由此产生的塑性变形主要集中在材料的亚表面.
【总页数】6页(P1025-1030)
【关键词】纳米尺度;摩擦;分子动力学;黏-滑机制;位错环
【作者】刘小明;由小川;柳占立;庄茁
【作者单位】清华大学航天航空学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.1
【相关文献】
1.催化裂解过程分子尺度的反应动力学模拟: 原料油分子尺度的模拟 [J], 欧阳福生;王胜;江洪波;翁惠新
2.铜纳米线拉伸断裂过程的原子尺度分子动力学模拟 [J], 陈念科;李贤斌
3.纳米尺度接触过程分子动力学模拟 [J], 杨晓京;詹胜鹏;迟毅林
4.中介尺度Au纳米团簇凝固过程的分子动力学模拟 [J], 张妍宁;王丽;边秀房
5.纳米Ni薄膜在摩擦过程中塑性行为的分子动力学模拟 [J], 刘小明;由小川;柳占立;聂君锋;庄茁
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含Ni夹杂的纳米晶Cu基体力学性能分子动力学模拟张岩;肖万伸【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2018(046)004【摘要】通过拉伸加载的方式研究以Cu为基体、Ni为夹杂的Cu/Ni纳米晶薄膜的力学性能,以及夹杂尺寸、形状对薄膜屈服强度的影响.基于原子嵌入势函数,运用分子动力学方法分析夹杂与位错的相互作用.结果表明:Ni夹杂的引入降低了材料的屈服强度;而在塑性变形阶段依靠界面及Ni原子间较强的相互作用力,夹杂能够阻碍位错的传播,起到强化作用.对于正方形、横置矩形、圆形和竖置矩形的夹杂,当横截面积为6. 9nm2时,薄膜的屈服强度接近;当横截面积为 15. 7nm2时, 含横置矩形夹杂的薄膜具有最大屈服强度,为7. 41MPa;当横截面积为3. 1nm2时,含圆形夹杂的薄膜具有最大屈服强度,为6. 93MPa.【总页数】7页(P104-110)【作者】张岩;肖万伸【作者单位】湖南大学机械与运载工程学院, 长沙 410082;湖南大学机械与运载工程学院, 长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TB31【相关文献】1.Y添加Ti40Zr25Cu9Ni8Be18非晶合金的纳米晶化及力学性能 [J], 山圣峰;田晓生;于涛;贾元智;马明臻2.分子动力学模拟梯度纳米晶Cu的力学性能 [J], 黄鸿翔;吴勇芝;陈尚达;3.添加Cu-Nd的Mg2Ni型纳米晶和非晶合金的吸氢动力学性能 [J], 张羊换;许胜;翟亭亭;杨泰;袁泽明;赵栋梁4.添加Cu-Nd的Mg₂Ni型纳米晶和非晶合金的吸氢动力学性能（英文） [J], 张羊换;许胜;翟亭亭;杨泰;袁泽明;赵栋梁;5.非晶合金Zr_(52.5)Cu_(27)Ni_(5.5)Al_(12)Nb_3中纳米晶的形成及其对压缩力学性能的影响 [J], 董伟;惠希东;王美玲;刘雄军;陈国良因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

纳米压痕形变过程的分子动力学模拟
李启楷;张跃;褚武扬
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】2004(40)12
【摘要】根据EAM多体势,利用分子动力学方法模拟了Ni压头压入Al基体的纳米压痕全过程.包括压头接近和离开基体时的原子组态;压入和上升时的载荷-位移曲线以及位错的发射和形变带的产生和变化;同时模拟了纳米尺度的应力弛豫行为.结果表明,当压头尚未接触基体时就能吸引基体原子,通过缩颈而互相连接.当压入应力Ts为1.9 MPa时,基体Al开始发射位错;当分切应力Td=6.4 MPa时,出现形变带.压头上升过程出现反向的拉应力,使基体反向屈服,在卸载过程中基体残留位错的组态不断改变.当压头上升离开基体后能拉着基体通过缩颈而相连,当压头和基体分离后仍粘有基体原子.在纳米尺度也存在应力弛豫现象,其原因是热激活引起的位错发射和运动.
【总页数】5页(P1238-1242)
【关键词】纳米压痕;分子动力学模拟;位错发射;形变带;应力弛豫
【作者】李启楷;张跃;褚武扬
【作者单位】北京科技大学材料物理系
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.11
【相关文献】
1.单晶铜薄膜纳米压痕过程的分子动力学模拟 [J], 黄跃飞;张俊杰;周军晖
2.水分子在形变碳纳米管中的分子动力学模拟研究 [J], 张健夫;葛异;陈昶宇;肖友益
3.基于分子动力学的纳米压痕形变过程模拟 [J], 吕国才;宿彦京;褚武扬;乔利杰
4.钢筋锈蚀产物纳米压痕的分子动力学模拟 [J], 徐亦冬;陈坚;方建柯;毛江鸿
5.分子沉积膜纳米压痕过程的分子动力学模拟 [J], 兰惠清;张嗣伟;王德国
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专利名称：用于固体夹杂物在钢液中运动轨迹的模拟方法及系统
专利类型：发明专利
发明人：王敏,华承健,包燕平
申请号：CN202010738450.6
申请日：20200728
公开号：CN111950137A
公开日：
20201117
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于冶金行业领域，具体涉及用于固体夹杂物在钢液中运动轨迹的模拟方法及系统；所述系统包括：夹杂物初始状态数据保存模块，流场数据调用模块，夹杂物受力计算模块，夹杂物运动轨迹计算模块，计算结果存储模块和控制模块；利用夹杂物初始状态数据，循环经流场数据调用模块、夹杂物受力计算模块和夹杂物运动轨迹计算模块进行计算，模拟出固体夹杂物在钢液中的运动轨迹。

申请人：北京科技大学
地址：100083 北京市海淀区学院路30号
国籍：CN
代理机构：北京金智普华知识产权代理有限公司
代理人：皋吉甫
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