基于分子动力学模拟的多晶团簇结构微观热-力耦合行为的计算

摘要

基于分子动力学模拟,建立了‘套可用于表征微观下晶粒团簇结构热力耦合行为的算法框架.该算法的要点是将连续模型和分子模拟耦合起来,并使三大守恒定律在微观连续模型和原子层次上都得到满足.与利用传统的连续介质力学来建立晶界与晶粒的本构方程相比,我们模型中的连续流是通过原子模型准确计算得到的,这样就避免了使用经验的本构方程.具体而言,对于晶粒结构,由于其中不含缺陷,可以直接利用中心格式求解守恒律方程,而方程中所需的本构参数(即流)可通过分子动力学计算获得,只需保证所构造的分子动力学单胞与其所处的局部环境相一致.对于晶界结构,由于连续模型的解在其附近是间断的,因此不能用一般的格式求解,文中我们采用前期追踪的方法.首先,在界面两侧分别选取合适的控制体,我们分三种情况,即对晶粒结构中、三晶交汇处和双晶界面附近控制体单元的选取进行了讨论.接着,在每个控制体上用有限体积法求解连续方程,方程中所需的界面两侧的流同样通过分子动力学计算得到,这样便获得了我们所关心的热力学参量的信息.