随着科学技术的不断发展,晶体锗在航空航天、军事装备、新能源等高科技领域应用日益广泛,这些领域的快速发展对材料的加工精度和表面质量提出了更高的要求。然而,晶体锗的高脆性、高硬度等性质使得其加工质量难以保证。而超精密切削技术可以实现材料在纳米尺度下去除,并且能够使工件的加工精度和表面质量达到纳米量级,可以满足高新技术领域对晶体锗材料的加工需求。但是,当加工尺度达到纳米量级时材料去除会存在尺寸效应,导致基于连续介质力学的宏观切削理论不再适用于超精密切削,因此探究晶体锗的超精密切削机理成为重要的研究课题。目前,国内外学者普遍采用分子动力学方法开展超精密切削机理的相关研究,但研究对象大部分为无缺陷的单晶材料,对多晶材料研究相对较少,并且缺乏对材料因素和表面/亚表面损伤行为的研究。因此,针对上述存在的问题,本文使用分子动力学方法和纳米划痕实验研究了多种组织结构的晶体锗(单晶锗、多晶锗)的超精密切削加工机理和损伤行为,具体研究内容如下:首先,简述了分子动力学仿真理论和分析方法,并详细介绍晶体锗材料模型的构造方法;从内应力和势能角度分析了晶体锗内部结构特性,同时采用纳米压痕法研究了晶体锗力学性质。结果表明:多晶锗的应力和势能分布规律较单晶锗复杂;且力学性质受材料内部微结构的影响,与单晶锗相比具有显著差异。其次,采用分子动力学方法对单晶锗和多晶锗开展超精密切削仿真,对比分析材料去除及表面形成过程、缺陷分布及演变、切削力和应力与温度;同时探究了晶粒尺寸、晶界结构和表面非晶层厚度对晶体锗切削加工的影响。结果表明:单晶锗与多晶锗的切削加工机理存在较大差异,晶体微结构与表层材料缺陷对切削力、缺陷演变机制影响明显。然后,分别开展了不同切削深度、切削速度和刀具圆弧半径下的多晶锗切削仿真,详细分析了不同加工条件下工件材料亚表面缺陷分布及演变、表面粗糙度和应力分布。结果表明:增大切削深度和圆弧半径使亚表面缺陷数量和扩展深度增加,并使应力升高,表面粗糙度增大;而改变切削速度对亚表面缺陷数量影响较小,适当增大切削速度可以降低亚表面损伤深度,但会使表面粗糙度增加。最后,进行了多晶锗单划痕实验和单晶锗双划痕实验,分析了划痕形貌、划痕深度、刻划力和弹性回复率等,并建立双划痕应力场模型;同时开展相应的分子动力学仿真,根据实验结果定性的验证仿真工作。