水介质作用下金属晶体间摩擦的分子动力学模拟研究

摘要

由于宏观领域的摩擦规律到了微观领域已不再完全适用,本文将通过分子动力学模拟(MolecularDynamics Simulation)的方法从微观领域研究水作用下的金属摩擦特性。用Material Studio建立水作用下的摩擦模型,上下两层铁晶体尺寸分别为10a0×10a0×10a0,a0是铁晶体的晶格常数,水分子层由不同个数水分子构成,厚度分别为2.26埃,4.52埃,6.77埃。金属内部原子之间相互作用采用EAM势函数来描述,水分子之间的相互作用采用TIP3P模型来描述,在金属与水分子层界面上采用LJ势函数描述其相互作用。模拟计算过程中,首先改变水分子层厚度,在不同水分子层厚度情况下,计算水分子层和铁原子层接触面作用力大小,与速度反方向的表面作用力就是摩擦力,计算结果进行比较发现,随着水分子层厚度增加,摩擦力和摩擦系数均明显减小;然后,改变系统温度,计算表面作用力大小,经过计算,发现系统温度升高摩擦力和摩擦系数减小;再次,改变法向载荷,计算表面作用力,发现载荷增大摩擦力和摩擦系数都增大;最后,改变滑动速度,模拟发现,摩擦力和摩擦系数减小。