三体磨损过程的离散元模型

三体磨损是工农业中最常见的磨损形式，消耗着大量的材料和能源。开展对三体磨损过程的研究，有助于为材料和机械设备设计提供帮助，也符合建设资源节约型国家的基本发展宗旨。申请人在以前研究工作的基础上，提出将离散元法引入三体磨损的研究，旨在为三体磨损研究提供一种新的研究思路和方法。研究拟从具有不同几何特征磨粒出发，构建磨粒离散元模型、滑动副材料晶粒与相分布集团散体单元模型，进一步集成新的散体单元相互作用模型，建立适用于三体磨损的离散元模拟方法，并与三体磨损实验进行对比。期望得到能够反映实际磨粒几何特征的三体磨损过程的离散元模型，进而为材料三体磨损机理及磨损率预测提供理论依据；为三体磨损中磨粒运动方式、运动轨迹及与摩擦副相互作用力计算建立新的手段，为三体磨损条件下的抗磨材料设计提供新思路。

三体磨损是工农业中最常见的磨损形式，消耗着大量的材料和能源。开展对三体磨损过程的研究，有助于为材料和机械设备设计提供帮助，也符合建设资源节约型国家的基本发展宗旨。申请人在以前研究工作的基础上，提出将离散元法引入三体磨损的研究，旨在为三体磨损研究提供一种新的研究思路和方法。同时，申请人采用与离散元方法具有类似理论基础和程序框架的分子动力方法研究了纳米尺度上的三体磨料磨损过程。.项目首先建立了SiC陶瓷的离散元模型，研究了压痕过程中SiC陶瓷的力学性能和裂纹的初始、扩展过程，分析了压头加载速度、压头锥角和形状、压头位置、试样围压以及试样强度对SiC陶瓷力学性能和裂扩展的影响规律。进一步基于摩擦环路理论，建立了三体磨料磨损的离散元模型；研究了第三体流的生成、排出等变化规律及对摩擦磨损结果的影响规律。结果表明，通过增加磨料的粘附力等方法降低第三体的流动性可以有效的降低三体磨料磨损。.分子动力学方面，项目围绕单晶金属纳米线单轴拉伸测试中长度方向上的“外在尺度效应”及塑性机制、纳米孪晶铜纳米压痕测试中的“内在尺度效应”及塑性机制、单晶硅薄膜纳米压痕及其相变机理、单晶硅纳米磨料磨损行为及磨损机理四个方面的内容开展了研究工作。研究结果表明材料的力学性能不仅与其外部特征尺度相关表现出显著的“外在尺度效应”，而且与其内部特征尺度相关联表现出显著的“内在尺度效应”。材料力学性能的尺度效应也会造成材料磨料磨损过程的“尺度效应”。.项目提出了一个新的纳米三体磨料磨损的分子动力学模型。采用该模型研究了单晶硅-金刚石磨损系统中纳米磨粒的运动方式；建立了考虑弹性回复的磨料运动方式判断准则。对比研究了单晶硅纳米二体磨料磨损和纳米三体磨料磨损的磨损机理及其转变条件；分析了纳米尺度上磨料磨损的摩擦法则；揭示了纳米磨料磨损中单晶硅薄膜的塑性变形机理——相变机理；阐明了纳米磨料磨损中单晶硅的相变路径；表征了纳米压痕、纳米磨料磨损总生成等Si-2、bct5、低密度非晶、高密度非晶相的结构特征；最后提出了单晶硅相变的应力机制。