纳米加工技术是实现纳米级表层材料去除及获得纳米级精度加工表面的加工技术,其所能达到的尺寸及表面形貌精度已经成为衡量国家制造业发展水平的重要标志之一,为计算机、电子信息、航空航天和国防等技术的发展提供支持和保障。然而,纳米加工技术的进一步发展受到加工理论、加工工艺及测量技术等的制约,特别是缺乏对纳米加工中材料亚表层晶体结构及缺陷演变机理的研究。亚表层缺陷的形成及演变对纳米加工中材料去除及表层形成的过程有显著影响,深入研究纳米加工中材料亚表层缺陷形成及演化过程、探讨材料亚表层的晶体结构变化对提高纳米加工精度、改善加工表面质量及表面完整性具有重要意义。目前国内外普遍采用分子动力学仿真方法进行纳米切削加工机理的相关研究,取得了丰硕的研究成果。然而目前多集中在对真空条件下单晶材料纳米切削加工过程的研究,而对于贴近实际情况的多晶材料及介质环境下的纳米切削加工研究较少。本文针对纳米晶体材料及介质条件下的纳米切削加工过程,采用分子动力学仿真方法,辅以材料力学、热力学、统计物理学和晶体学等基础理论,分别对单晶铜、多晶铜及介质条件下晶体纳米切削过程进行了仿真研究,并对纳米切削加工机理、亚表层晶体结构及缺陷演变机理进行了深入探讨。本文分别建立了真空及水介质条件中单晶铜、多晶铜的纳米切削模型及水介质中单晶铜的纳米压痕模型。通过编写球谐函数计算程序及计算球谐函数基础数据值,完善了球谐函数分析方法,并结合晶体缺陷识别技术及晶体位错运动理论,对分子动力学仿真结果进行数值分析,实现了对纳米切削中亚表层晶体结构及材料缺陷的有效辨识,为开展材料亚表层晶体结构及缺陷演变机理的研究奠定基础。依据位错理论、摩擦磨损、晶体学及纳米力学等相关理论,对单晶铜纳米切削过程开展了分子动力学仿真研究。首先,通过深入分析纳米切削中材料去除及表层形成过程,探讨了单晶铜纳米切削机理。然后,基于对切削过程中位错形核演化及工件应力分布的深入解析,揭示了应力诱导位错形核及演化机制。在此基础上,对切削过程中工件亚表层的变形机理进行了研究,揭示了工件亚表层晶体缺陷、残余应力及其晶体结构的演变规律。最后,通过对不同切削深度和切削速度时工件亚表层深度及晶体结构变化的研究,揭示了切削参数对亚表面变质层深度及晶体结构变化的影响规律。基于对多晶铜纳米切削中原子迁移及材料晶体结构演变的研究,探讨了多晶铜纳米切削机理。首先,通过研究多晶铜纳米切削过程中工件材料变形及切削力的变化,并基于分析多晶铜的原子迁移及位错缺陷演化,研究了多晶铜的纳米切削机理。其次,采用球谐函数法研究了多晶铜工件亚表面变质层的晶体结构变化,揭示了切削参数、晶粒参数对亚表层晶体结构变化的影响规律。最后,基于对多晶铜亚表层位错缺陷演化过程的研究,揭示了亚表层中“晶界-位错”的相互转化机制,丰富了多晶材料变形及其纳米切削机理的内涵。利用所建立的水介质中的纳米切削模型及纳米压痕模型,研究了水介质对晶体铜纳米切削加工过程的影响。首先,详细探讨了纳米压痕中水介质条件对材料变形、位错形核及缺陷演化的影响规律。然后,研究了水介质对单晶铜纳米切削机理、切削力变化、工件温度分布、亚表层缺陷分布及晶体结构演变的影响,详细分析了单晶铜亚表层形成的“类晶界”及“类晶粒”结构及其对工件表面变质层的影响。最后,探讨了水介质条件对多晶纳米切削过程的影响规律,并深入研究了水介质中多晶铜亚表层缺陷及其晶体结构变化。通过本项研究工作的开展,揭示了纳米晶体材料亚表层的晶体结构及缺陷演变机理,为优化纳米切削加工工艺、提高纳米切削加工精度及获得较高变质层质量的加工表面提供重要的理论指导意义。