利用MS中的古典以及分子動力學模組,從分子層級探討介於公尺及微米尺度之間的材料行為

計畫名稱:利用MS中的古典以及分子動力學模組,從分子層級探討介於公尺及微米尺度之間的材料行為

所屬單位:應力所

研究團隊:跨尺度動力學模擬實驗室

計畫主持人:趙聖德

研究人員:左昀

資源需求:Material Studio

使用期間:2015/03~

研究主題:
利用MS中的古典以及分子動力學模組,從分子層級探討介於公尺及微米尺度之間的材料行為

研究內容概述:
一般巨觀下的連續介質行為可以由已經發展完善的連體力學(流體力學以及彈性力學)理論達到令人滿意的近似效果;而在計算方法方面,有限元素法、有限差分法以及時域有限差分法等等數值方法也已經可以模擬出大部份的巨觀材料行為的解釋和預測。

但是當材料尺寸逐漸變小時,古典的近似方法開始失效,非線性項的影響變得重要,傳統的數值方法以及理論不敷使用,因此要反過來從分子及原子等級下手,逐步利用已經知道的分子動力學模擬方法去計算出介於微米以及公尺之間的材料行為,藉此填補巨觀以及微觀下的材料力學行為差異。

本實驗室要採用的方法,具體來說,是要利用將連續介質(continuum)視作是微小粒子(particle)的總合體,以熱力學以及統計力學方法處理系統內的自由能(free energy),並與古典連體力學中的應變能函數(strain energy)的假設條件耦合,藉此算出我們研究的系統中,應力(stress)以及應變(strain)的數值解後,再利用應力-應變關係來計算出材料常數;比方先設定系統的軸向拉伸變形量,除以系統原長度得到應變值,再以MS的NVT ensemble設定條件計算出自由能(free energy)以後,取其對應變的偏微分,得到理論上的應力數值解,接著將應力除以應變,我們就可以取得該方向的楊氏系數。

MS在我們的計算中所扮演的角色,就是方便我們實驗室使用MD建構模型來計算自由能以及設定應變,來取得我們想要的數值。

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