【摘 要】
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作为近年来力学研究领域的热点,多尺度仿真受到越来越多科研工作者的关注,并在当今计算机技术与实验仪器的帮助下取得诸多进展,成功实现了跨宏观、微观以及纳观尺度的仿真实验。
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作为近年来力学研究领域的热点,多尺度仿真受到越来越多科研工作者的关注,并在当今计算机技术与实验仪器的帮助下取得诸多进展,成功实现了跨宏观、微观以及纳观尺度的仿真实验。其中,桥接法因为消除了能量波动、避免了较大计算量等良好性质而受到广泛青睐,作为一种跨原子与连续介质力学的方法,经过近年来的发展已成功模拟出二维、三维以及碳纳米管等模型的力学性能。桥接法的理论推导与程序实现将作为本文的主要内容。本文首先论述了有限元与分子动力学的研究现状,然后讨论了分子动力学的部分基本概念以及微分方程数值解的几种常见方法作为跨尺度仿真的基础知识。讨论了MAAD方法与Cauchy-Born法则并给出了相应算例,MAAD方法是跨尺度仿真的先驱,首次将量子力学、分子动力学与连续介质进行了结合,算例表明当单元尺寸与原子间距差距较大时将会引起能量的回弹,影响模拟的准确性。而Cauchy-Born法则则是拟连续介质多尺度仿真方法的基础,起到了连接分子模型与连续介质模型能量的作用。为了解决能量的波动问题,本文对桥接法的理论公式进行了详细推导,讨论了广义朗之万方程及其在桥接法中的应用,分析了与其他方法相比桥接法更利于能量传播的优点,并使用C++编程语言进行了相应的程序实现,开发了前后处理作为向二维及三维问题扩展的基础,对仿真结果进行了调试与分析。本文的研究工作涉及领域较为前沿,希望能为后续工作者提供一定的参考和帮助。
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