面向超精密切削加工的并行分子动力学仿真研究

【摘要】：科学技术的不断发展使得精密加工技术已经从传统的微米级进入到了纳米级领域。分子动力学仿真技术在验证实验结果,沟通宏观与微观方面表现突出,因此这项技术目前得到了广泛的应用。然而,分子动力学仿真技术的发展受到了仿真模型较小,计算速度太慢,模拟切削速度太高等一系列因素的限制,所以迫切需要一种新技术来克服这些困难。并行分子动力学仿真技术就是这样的一种新技术,它在原来的分子动力学仿真技术的基础上加入并行的思想,用并行的优势来弥补原仿真的不足。此项技术的应用可以提高运算速度,扩大仿真规模,使之更加接近于实际,从而促进超精密加工微观机理的研究。 本文主要就并行计算技术和基于切削加工的分子动力学仿真技术的结合进行了研究,通过在Linux系统下对切削过程进行的并行分子动力学模拟,为研究微观切削机理提供可靠的分析数据和实验依据。 主要采用科学计算语言FORTRAN与并行库MPI,研究了三种不同的并行编程算法,比较其优缺点并优化选用一种算法编制程序进行仿真计算,并通过将串行程序与并行程序的结果相比较来验证并行算法的正确性。另外,本文还将并行计算应用到分子动力学正交试验中,针对不同的刀具角度,切削温度,切削速度下的切削过程进行模拟仿真,并对其结果进行评估比较,记录程序运行的起始时间。这样做的目的在与研究并行计算相对串行计算的优势,考察目标与参数之间的对应关系,并进一步说明并行计算能够给分子动力学仿真技术的发展带来新鲜活力。