分子动力学在钢铁冶金中的应用及展望

分子动力学是一种模拟物质结构和性质的方法,概括了分子动力学模拟的基本原理与技术,总结分析了分子动力学在冶金中的应用现状。基于微、介观尺度存在的小尺寸效应,简要介绍了笔者用分子动力学方法在研究钢液中纳米夹杂物的热力学、界面性质等方面的前期工作进展。基于洁净钢技术快速发展的趋势,指出分子动力学在钢铁冶金中将获得广泛应用。     

分子动力学模拟Lennard-Jones熔体结构迁移

采用分子动力学方法研究了Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ熔体在加热和冷却过程中的比温度、比内能等热力学性质,测量了模型体系的形态和对分函数．研究结果表明,随比温度升高,比内能增加,冷却过程中体系发生相变的比温度为０．５１．加热过程中,模型体系形态一直是无序的,对分函数第一峰峰值在４～５之间变化,冷却过程中,体系形态从无序逐渐转变为有序,对分函数第一峰峰值从５增大到２２．     

分子动力学模拟及其在材料科学中的应用

综述了分子动力学模拟技术的发展,介绍了分子动力学的分类、基本原理、原子间势函数的发展及势参数的确定、相关有限差分算法、初始条件和边界条件的选取、平衡系综及其控制、感兴趣量的提取以及分子动力学模拟在材料科学中的一些应用.     

铝酸钙熔体结构的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟研究了xCaO-(1-x)Al₂O₃(x代表成分的变化)高温熔体中Al的配位数及其两性、微结构单元分布等结构性质。在采用BMH势函数的基础上,将计算所得的Al-O、Ca-O和O-O的偏径向分布函数的第一峰的位置(1.76、2.34和2.91)以及Al、Ca的配位数与X射线衍射实验(1.765、2.36和2.885)及中子散射实验(1.759、2.337和2.898)进行比较,吻合很好,证明模拟非常成功,然后在此基础上,发现Al在体系中主要起阿格形成子的作用,其微观结构单元呈四面体结构,也就是说,Al的平均配位数为4,这一点与硅酸盐中Si-O的结构单元非常相似,在统计了平衡时微结构单元Q_i的分布之后,总结了铝酸钙熔体的微观结构单元分布随宏观组分变化的规律。     

聚合物共混相容性分子动力学模拟进展

本文简要介绍了分子模拟方法和分子动力学方法.着重从分子动力学模拟角度介绍如何模拟聚合物共混相容性的方法,引入了溶解度参数和Huggins-Flory相互作用参数的概念以及分子动力学模拟的具体方法.文章综述了分子动力学模拟在研究聚合物共混相容性的国内外的现状及应用;并对分子动力学模拟的发展趋势作了展望.     

分子动力学模拟及其在表面工程中的应用现状

分子动力学模拟是一种通过经典力学建立分子体系模型,利用数值求解分子体系运动方程,对分子和分子体系结构与性质进行研究的计算机模拟方法。分子动力学作为一种应用非常广泛的分子模拟技术,在物理、化学、生物、材料、医学等各种牵涉到微观世界的学科中,都起到了非常重要的作用。目前,分子动力学已被应用于模拟表面工程中表面涂层的沉积过程及其性质、表面改性过程、薄膜应力状态以及表面裂纹的萌生与扩展等方面。综述了分子动力学模拟技术的发展,介绍了分子动力学的基本原理及算法、原子间势函数的选取以及边界条件的选取,并且综述了分子动力学模拟技术在表面工程中的应用及其进一步的研究方向。     

材料科学中的分子动力学模拟

概述了几种常见条件下分子动力学模拟方法以及边界条件的选取、有关的有限差分技术、势函数的发展、温度和压力控制,介绍了分子动力学模拟技术在吸附性能、薄膜生长以及晶体缺陷等研究方面的成果.     

修正Tersoff势在熔态硅分子动力学模拟中的应用

采用Ｔｅｒｓｏｆｆ 势,通过粒子间相互作用距离Ｒ、Ｓ的不同取值加以修正,并进行了液态硅的分子动力学模拟。模拟的结果表明其径向分布函数能与Ｘ 射线衍射、中子散射实验相一致。模拟得到液态硅配位数６－９ ,键长０－２５４ｎｍ 。键角几率分布出现两个峰值,～５７°和～１０２°,表明液态硅中存在复杂的结构。模拟结果还表明,液态硅中硅原子间联接成一种网络状结构,但大多数硅原子与其近邻硅原子仍保持近似于正四面体的局部结构。     

分子动力学在玻璃科学中的应用

本文介绍了分子动力学的原理和算法，阐述了分子动力学这一计算机模拟工具在玻璃科学研究中的重要作用，介绍了国内外应用分子动力学研究玻璃科学的前沿进展情况，并对分子动力学在玻璃科学中的应用前景作了展望。     

金属钛拉伸的分子动力学研究

本文利用分子动力学的研究方法,采用了钛的嵌入式原子势,建立了沿[0001]晶向和[0110]方向拉伸模型,结果表明:两种方向的拉伸均包含弹性变形阶段、屈服阶段、颈缩阶段、断裂阶段.沿[0001]方向拉伸时,滑移系少,取向偏离软取向.变形时屈服强度为3.55GPa,屈服应变为0.063,断裂时的应变达到0.55.沿[01...     

MPP并行机上数亿粒子规模的分子动力学模拟

提出一种基于“块-单元-链表”数据结构和HSFC动态负载平衡的并行分子动力学算法,实现了大规模、非均匀分子动力学模拟的基于MPI的可扩展并行计算,以辅助物理学家实现具有实验意义的纳米级模拟。具体地,在某MPP并行机的240个CPU上,计算3．84亿(二维)和2．76亿(三维)个粒子规模的金属微喷射问题,均获得了209倍以上的加速比。     

聚醋酸乙烯酯与黑索今体系的分子动力学模拟

聚醋酸乙烯酯(PVAc)与黑索今(RDX)的界面相互作用会直接影响RDX的表面包覆效果,因此,在原子、分子层次研究其作用方式,可以发现相互作用机制。利用分子动力学模拟方法,以径向分布函数描述组分间相互作用的方式;研究不同温度下PVAc与RDX晶面的相互作用,并计算PVAc在RDX晶体表面的扩散速率。结果表明,在298~353 K温度下,PVAc与RDX的结合能随温度升高略有降低;通过对有效各向同性模量和柯西压的分析得到,加入PVAc能够有效改善RDX的力学性能。此外,在343 K的温度下,PVAc在RDX表面的扩散速率最大,体系的力学性能最为优异。     

硅晶体中点缺陷结合过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法模拟了硅晶体中空位与间隙原子的结合过程.利用Stillinger-Waber三体经验势函数表征原子间的相互作用,采用Verlet积分算法,在VC＋＋环境下使用C＋＋语言编程,进行计算机模拟.结果表明,空位和间隙原子倾向于通过＜111＞方向结合,并且在运动过程中存在着势垒,势垒值为0.5～1.2eV.     

Molecular Dynamics Simulation for Ultrafine Machining

This article surveys the advances of molecular dynamics (MD) simulation in the research of ultrafine machining and related technologies. Modeling methods, including interatomic potentials and boundary conditions, are addressed. Algorithm strategies for MD simulations are discussed. By applying simulations with Tersoff potential, a case study of the material removal mechanism of the polishing based on coupling vibrations of liquid (PCVL) is presented.     

分子动力学方法的模拟参数对结果的影响

主要研究了利用分子动力学方法(MD)模拟等离子体与材料表面相互作用过程时分子动力学方法的参数对模拟结果的影响.详细分析了Berendsen热浴的应用时间、耦合强度和模拟时间量(单个轨迹的作用时间、弛豫时间)对模拟结果的影响,结果表明,热浴的应用时间对模拟结果的影响很大,而其它参数对模拟结果没有太大的影响.     

杜仲胶/天然橡胶共混物的分子动力学模拟和耗散粒子动力学模拟

应用分子动力学(MD)和耗散粒子动力学(DPD)模拟方法对杜仲胶(TPI)、天然橡胶(NR)的相容性进行了研究。采用MD模拟方法,在COMPASS力场下,对纯物质在不同聚合度下的溶度参数、一系列共混比的TPI/NR共混物内聚能密度、Flory-Huggins作用参数进行了模拟计算,确定了纯物质单链的聚合度,经判断各比例共混物的相容性均较好;采用DPD模拟方法对TPI/NR共混体系的相结构进行了研究,从等密度图可以进一步判断共混体系的相容性;分析比较两种纯物质的径向分布函数,揭示了其相互作用的本质;经过分析比较静态力学性能,发现共混比为1/3的TPI/NR共混物性能最佳,其结论与实验结果一致。     

几种纳米管导热性的分子动力学模拟

采用平衡态分子动力学方法,计算了不同直径的单壁碳、硅、锗、碳化硅、氮化硼纳米管的导热系数,得到了导热系数随温度、直径变化的曲线;进而根据这些曲线,讨论了直径、温度等因素对几种纳米管导热性的影响,以及不同纳米管之间导热系数的差异。研究结果表明,各单壁纳米管的导热系数均随温度的升高以及直径的增大而降低;在模拟的温度范围(<2200K)内,温度相同时,几种纳米管的导热系数由大到小有如下的排序:碳、氮化硼、硅、锗和碳化硅,其中,锗和碳化硅纳米管的导热性相当。