以单晶硅为基底的光学元件广泛应用于光学探测、航空航天等领域的精密光学系统,其制造水平对系统整体的使役性能具有重要的影响。当前,基于激光加热、刀具振动等方式的能场辅助纳米切削技术正逐步成为实现单晶硅等硬脆材料光学元件超精密加工的一种重要手段。然而,由于加工过程中材料的变形机制复杂,对其中材料去除与亚表面损伤机理的认识不足是制约单晶硅光学元件制造水平提升的瓶颈之一。本文基于分子动力学模拟,研究单晶硅纳米切削中的主导去除机理,研究微激光与超声振动辅助切削中纳米尺度的材料去除与亚表面损伤机理,研究微激光与超声振动复合作用下的材料变形与损伤机制。主要内容如下:建立了单晶硅纳米切削的分子动力学模型。选定势能函数和模拟系综等参数,建立了传统纳米切削的原子模型;针对能场作用特点,建立了微激光与超声振动辅助切削的分子动力学模型;采用多种晶体缺陷分析技术并针对纳米切削模型开发后处理算法识别切削中单晶硅的内部缺陷。本文提出的切削模型与后处理算法有效提升了切削模拟与缺陷表征的准确性,可准确反映能场辅助纳米切削中的材料去除过程。提出了单晶硅纳米切削中主导去除机理的转变模式。基于不同刀具前角条件下的原子流动状态与滞留层位置变化阐明了不同去除机理作用下的切削特点;研究了材料去除机理转变过程中的主导因素,探究了刀具前角与工件晶向等因素对材料去除机理转变的影响;研究了不同去除机理作用下亚表面损伤的形成过程。本文提出的转变模式阐明了单晶硅纳米切削中材料去除机理转变的主导因素,解释了刀具前角与工件晶向等因素对材料去除机理转变的影响。探明了微激光辅助单晶硅纳米切削中的材料去除机理与亚表面损伤规律。基于不同温度下的切削模拟研究了激光热场对切削表面形貌和去除过程的影响;通过变形与再结晶模拟揭示了高温作用下非晶硅的自润滑与缺陷修复规律;通过微激光辅助变切深切削实验验证了非晶的自润滑与再结晶效应。本文提出的自润滑与再结晶效应解释了非晶原子的流动状态与相变行为,阐明了微激光辅助对单晶硅纳米切削中亚表面质量的提升机理。揭示了单晶硅超声振动辅助切削中的瞬时去除机理转变规律。对比了传统切削与超声振动切削在切屑形成、亚表面损伤演化等方面的不同;基于第二章建立的模型研究了单个振动周期内的瞬时材料去除与亚表面损伤形成机理;建立了刀具的有效前角模型,研究了不同切削参数条件下的材料去除机理转变与临界刀具有效前角。本文提出的材料去除机理转变规律解释了超声振动切削中的瞬态去除过程,有助于准确理解超声振动切削中材料的微观变形机制。阐明了微激光与超声振动复合作用下的材料变形与损伤机理。研究了热场与振动复合对材料去除行为的影响,阐述了切削过程中表面凸起与亚表面损伤的形成机理;研究了复合能场作用下的再结晶过程与孔洞形成机理,揭示了拉拽作用对再结晶的影响;研究了热场参数与振动参数对再结晶效果的影响。本文提出的表面凸起与再结晶机制有助于深入理解热场与振动的耦合作用,对研究微激光与超声振动复合切削的材料去除过程与工艺优化具有一定的指导意义。