基于SPH方法的非垂直狀態(tài)下雙壓頭刻劃仿真研究

鐘月曦，周皓月，李明達，冀秉魁，楊其城

(1.長春工程學院 機電工程學院，吉林 長春 130000；2.中機試驗裝備股份有限公司，吉林 長春 130103)

1 引 言

隨著科學技術的發(fā)展，微納米力學研究的發(fā)展促進和開拓了材料表面工程的實際應用。為了準確地揭示材料深層結構與其表面性質的內在聯(lián)系，需要在微觀尺度下觀察材料表面的結構形態(tài)，利用仿真手段對劃痕過程進行分析，這有助于解釋試驗現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，揭示材料內部的應力及應變狀態(tài)。

納米刻劃加工技術作為一種微小結構的加工手段，將納米材料和納米技術與傳統(tǒng)表面工程相結合，可以改變材料的表面形態(tài)及其組成成分，優(yōu)化材料內部結構以獲得更加優(yōu)良的材料。近年來，光滑粒子流體動力學(Smoothed particle hydrodynamics，SPH)方法被許多學者應用于模擬金屬切削仿真及劃痕測試中。其中，法國學者J.Limido[1]發(fā)現(xiàn)SPH切削模型可以適用于連續(xù)集中剪切的切屑形成分析，Duan[2]利用SPH與FEM相結合的方法建立了SiC仿真模型，發(fā)現(xiàn)了單晶SiC劃痕過程中的3種去除方式。對于SPH方法的研究與應用，我國學者也取得了較大的成績，但由于探索時間較短，從研究的深度和廣度來看，與國外學者仍有差距。

為了提高在微小尺度下刻劃加工的精準度和效率，探針的設計和工藝參數(shù)的選擇一直是學者們研究的核心內容之一。本文建立了基于SPH方法的雙壓頭且傾斜的劃痕模型，研究雙探針在刻劃過程中形成的表面呈平行對稱的溝槽結構，討論不垂直因素給表面加工帶來的影響。……