在磨粒加工过程中，工件表面形貌是由出露在砂轮上的多颗磨粒累积的切削行为综合作用形成的。研究表明，在磨削加工过程中，磨粒的尖端形状对磨削后的表面形貌有较大的影响。但针对磨粒的几何形状参数对表面形貌影响机制的分析尚不完整，因此无法对工件表面三维形貌形成定量的预测分析。　　单晶碳化硅是一种优质的衬底材料，广泛应用于微电子和光电子领域，衬底的表面质量对相关器件的工作性能有巨大的影响。对单晶碳化硅而言，磨粒加工技术是目前获取优质材料表面质量的主流加工方式之一。然而，由于受到微纳米尺度磨粒工具制备的限制，完全通过实验来揭示磨粒的形状几何和位置分布对去除机理的影响，其难度还是很大的。　　本文针对在磨削过程中磨粒的各种形状对磨削表面形貌影响尚不明确的现状，基于光滑动力学粒子（Smoothed particle hydrodynamics,SPH）与有限元（Finite element,FE）耦合的方法针对关键的尖端几何形状影响因素进行单颗磨粒划擦过程仿真，且针对仿真的参数进行相应的划擦实验进行验证，在此过程中跟踪了沟槽的最大深度，平均深度及最大宽深比等与沟槽形貌相关的参数，从而定量的得出金刚石磨粒主要形状参数对沟槽形貌的影响规律；在此基础上，进一步通过不同的两颗磨粒位置分布的划擦干涉实验及仿真结果的对比，得出相对位置参数对划擦干涉过程的影响规律；最后，利用BP神经网络针对仿真所获得的数据进行数据分析，建立神经网络的预测模型；根据打靶法建立不同形状的磨粒随机分布的表面模型，并提出了一种以磨粒形位参数（形状参数和位置分布）为输入的单晶碳化硅三维形貌预测算法，并利用多颗磨粒磨削实验对预测结果进行验证，预测结果与实验结果误差在20%左右。通过上述分析和讨论，本文的主要研究成果工作可概述如下：　　（1）通过改进的SPH和FE耦合算法实现了真正意义上的三维划擦过程仿真。仿真结果与实验结果基本一致。仿真结果除了能解释不同单晶脆性材料的去除机理，还能揭示划擦力和材料应力分布的情况。　　（2）在划擦单晶碳化硅的过程中存在三种材料去除模式：塑性变形模式，塑脆临界共存模式和脆性去除模式。当应力出现在材料表面而累积损伤还未出现的时候，材料处于塑性变形模式。而当力的第一个峰值出现的时候，材料去除模式则从塑脆临界共存模式转变为脆性去除模式。　　（3）根据形状不同的金刚石磨粒划擦单晶碳化硅的沟槽形貌结果可知，在相同的磨削参数下，磨粒的接触包容角越大，尖端圆角半径越大，划擦后沟槽的最大宽度和最大深度也越大，而宽深比曲线与接触面积曲线却有完全一致的变化趋势。　　（4）在相同的磨削参数下，划擦过程中磨粒的接触棱边数越多，沟槽两侧产生的崩碎越多，材料破坏形式加剧，最大宽度和最大深度也随之变大，但宽深比曲线却随之下降。此时，随着接触棱边数的变化，宽深比曲线与接触面积曲线的变化趋势基本一致。在同样的接触面积下，曲面接触的磨粒划擦后沟槽的宽深比要比平面接触的磨粒划擦后沟槽的宽深比要小20%。　　（5）宽度方向（Y轴）间距不同的两颗磨粒的划擦干涉可大致分为三种情况：侧向裂纹干涉、侧向裂纹与塑性变形区干涉和塑性变形区干涉。高度方向（Z轴）间距不同的两颗磨粒划擦干涉也分为三种模式：侧向裂纹及衍生裂纹的多重干涉、侧向裂纹及衍生裂纹的单次干涉和无衍生干涉。在不同干涉模式下，无论是不同 Y轴方向间距还是不同 Z轴方向间距，宽深比曲线与划擦力比曲线都具有对应的变化趋势。　　（6）建立了基于蒙特卡洛方法的不同几何形状的多颗磨粒随机分布模型，在此基础上，提出了单晶碳化硅三维形貌预测算法。该算法不仅考虑到单颗磨粒形状几何对表面三维形貌的影响，还能够考虑到多颗磨粒分布的位置几何对三维形貌的综合影响，与实验结果误差在20%左右。