纳米圆柱体与平面粘着接触的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了不同半径的刚性圆柱体压头与弹性基体的粘着接触过程。给出了接触力、静态结构因子及压头与基体最小间隙随压头位移的变化关系,以及接触区域的von Mises应力分布。结果表明,在突跳接触与接触分离时,随着压头尺寸的增大,粘着滞后现象越明显。高应力区出现在接触区域两边,且当压头半径减小时,von Mises应力随着压入深度的增大而迅速增大,说明粘着力对小尺寸压头的接触过程影响较大。

金刚石探针曲率半径对单晶铜表面粘附接触失效影响分析

目的降低微机电系统表面粘着接触失效。方法考虑纳尺度粘附力﹑单晶铜弹塑性形变及各向异性影响。基于分子动力学法的混合势函数(EAM和Morse)和Verlet算法,对不同曲率半径探针与单晶铜基底粘着接触失效特性进行研究,通过计算原子中心对称参数来描述接触区域原子破坏和迁移轨迹变化。结果研究发现探针与基底尚未接触时(即位移小于1 nm)的粘附接触力不受探针曲率半径影响;而探针下降位移大于1 nm时,探针曲率半径对粘附接触力曲线有着重要影响,即探针曲率半径越大,粘附接触力也越大,导致基底弹塑性变形更加剧烈,易诱导单晶铜基底大量原子粘附于探针底表面,产生明显的粘着效应;此外,探针曲率半径越大,接触体间粘着滞后现象越明显。结论此研究结果将对微机电系统的粘着接触失效机理和微机械产品表面轮廓设计有着重要的实践指导意义。