纳米切削是一种高效、直接的微尺度制造方法,对于国防、航天等领域至关重要。然而对于单晶硅这类脆性材料,加工中材料行为会随尺度变化由发生韧性变形转而发生脆性变形,即在微尺度下无法忽略材料微结构的变化。这种微结构的演化与变形方式的关联性严重制约了加工效率与质量的提高。本文从材料变形角度,利用分子动力学方法,探究了纳米尺度切削原理与微结构演化的关联性关系。首先,本文简述了分子动力学方法的基本思路,分析了金刚石单点切削工艺中的材料去除方式,并结合分子动力学特点,阐述了正交切削模型的建立过程。在合理选择模型参数的基础上,确定了势函数等仿真参数。采用并行计算方法,基于几何模型,构建了单晶硅纳米切削过程的分子动力学模型。其次,分析了单晶硅纳米切削中塑性去除模式的特点。从切屑形成、原子迁移轨迹、切削变形三个方面阐述了塑性去除的变形机理。通过径向分布函数、配位数等多种方法,分析了塑性去除中材料微结构的变化规律,探究了塑性去除过程与微结构演化的联系。计算了塑性去除过程中单晶硅材料的应力分布、势能分布与自由体积变化规律,结合微结构演化特点,说明了应力、自由体积与微结构演化的内在关联性,发现了自由体积与塑性流动的关联关系,说明了宏观切削参数对塑性去除过程的影响关系。最后,分析了单晶硅纳米切削中脆性去除模式的特点。基于金刚石单点切削工艺特点,观察了不同未变形切屑厚度下材料变形方式的差别,分析了相应的微结构变化特点,从相变角度揭示了脆塑转变过程的剪切局部化特征。通过分析剪切带的构成,说明了剪切带承载能力随未变形切屑厚度变化的规律。研究了刃口钝圆半径与晶向对脆性去除过程的影响。从位错密度与位错组态两方面分析了缺陷在脆性去除过程中的作用,揭示了纳米切削过程中单晶硅无法通过位错机制进行塑性变形的原因。计算了脆性去除中的势能与应力分布,说明了脆性变形过程对应的工艺特点。