單晶硅超精密磨削分子動力學(xué)并行仿真的研究.pdf

1、單晶硅超精密加工技術(shù)是電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本保障，超精密磨削技術(shù)是單晶硅超精密加工技術(shù)的前沿。運(yùn)用分子動力學(xué)仿真研究超精密加工過程，能夠解決傳統(tǒng)切削理論難以解釋納米級超精密加工機(jī)理的問題，同時用數(shù)值計(jì)算代替加工實(shí)驗(yàn)克服了超精密加工實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)和測控的困難。并行計(jì)算能夠解決串行分子動力學(xué)仿真計(jì)算時間長、仿真規(guī)模小的局限，使運(yùn)用分子動力學(xué)仿真方法研究單晶硅超精密磨削過程具有了更加現(xiàn)實(shí)的意義。 針對單晶硅超精密磨削過程的分子動力學(xué)并行

2、仿真，首先建立了磨削過程的三維分子動力學(xué)仿真模型，分析了單晶硅超精密磨削的過程特點(diǎn)和分子動力學(xué)仿真串行程序，研究了分子動力學(xué)并行仿真的可行性和并行化策略。然后介紹了并行算法研究現(xiàn)狀，運(yùn)用PCAM設(shè)計(jì)方法學(xué)并結(jié)合計(jì)算要求和仿真對象特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以區(qū)域分解法為基礎(chǔ)的基于區(qū)域二次劃分的分子動力學(xué)仿真的并行算法，并且針對具體仿真模型的不同，衍生出不同特點(diǎn)的基于區(qū)域二次劃分的并行算法。接著對原子信息的逐個傳遞和捆綁傳遞進(jìn)行了性能對比分析，設(shè)計(jì)了捆綁

3、傳遞的消息傳遞策略和基于“永久序號”的原子信息存儲調(diào)用策略。另外，闡述了原子近鄰表的列表方法，在此基礎(chǔ)上提出原子親屬表概念，節(jié)省了計(jì)算時間并簡化了程序結(jié)構(gòu)。最后設(shè)計(jì)了斷點(diǎn)保存和程序重啟運(yùn)行技術(shù)，保證程序在非正常中止情況下能夠在斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行。同時編寫了可視化程序，對磨削過程中模型的形貌進(jìn)行了可視化處理。 通過和串行程序結(jié)果的對比分析，從瞬間原子位置圖和系統(tǒng)能量等方面驗(yàn)證了并行程序結(jié)果的正確性。在并行計(jì)算機(jī)4個結(jié)點(diǎn)情況下運(yùn)行程序，