由于光学石英玻璃具有一系列的优良特性,在精密仪器仪表等高端制造领域有着较为广泛的应用,然而其硬脆的物理特性,在加工过程中容易出现脆性断裂。目前对硬脆材料的研究重点主要集中在减小亚表面损伤和提高延性域加工的可能性。通过实验的方法不能时刻观察材料的变化,同时受不可控因素的影响,实验结果存在不确定性。而SPH仿真方法有着其独特的优势,近年来常用于对各种硬脆材料的加工机理探索中。针对光学石英玻璃的亚表面损伤机制和材料去除模式,本文通过SPH仿真模型和变切深划痕实验进行了较为详细的研究。具体工作如下:建立了光学石英玻璃的单颗粒划擦SPH仿真模型,结合划擦弹性应力场模型着重对亚表面损伤进行了详细的研究。由于受最大主拉应力的影响,裂纹一般在磨粒前下方(φ=28°)的弹塑性边界(ρ=b)处产生;划擦仿真中裂纹的产生及扩展与压痕断裂力学中描述的一致;划擦速度的增加促使石英玻璃的动态断裂韧性增加,导致亚表面裂纹长度及数量减小;亚表面残余应力集中存在于划痕的底部,划痕表面两侧的残余拉应力会引起赫兹裂纹的成核扩展;随着划擦深度的减小和划擦速度的增加,划擦力相对稳定,同时残余应力离散度相对较小,能够抑制亚表面裂纹的产生。研究成果为抑制磨削过程中的亚表面损伤提供了理论依据。通过光学石英玻璃的直角正交切削加工模型,研究了刀具前角、钝圆半径对材料加工模式和亚表面损伤的影响。刀具大的钝圆半径、负前角促使切屑形成区的材料受到了挤压并形成了高应力影响区域,同时产生了大范围的压应力,压应力通过抑制应力强度因子K_I而实现延性域去除;较大钝圆半径或负前角相对较大时,切削力越稳定,残余拉应力的离散度较小。但当钝圆半径过大时,法向力过大导致光学石英玻璃产生了严重的亚表面损伤;刀具前角为-15°~-35°或刀具钝圆半径为0.3μm~0.5μm能很好的促进光学石英玻璃的延性域去除,并且造成的亚表面损伤较小。开展了光学石英玻璃的变切深划痕实验,分析划痕的表面形貌可知划痕深度较小时,划痕过程中光学石英玻璃脆性断裂的程度相对较小;对于脆性-延性转变的临界值,划痕实验得到的结果、微纳米尺度下的理论计算值和SPH仿真得到的数值三者均在0.16μm~0.36μm范围内。同时划痕的亚表面裂纹的产生及扩展和划痕力均与仿真分析得到的结果一致,验证了仿真的有效性。