Cercetare de Ex - Institutul de Mecanica Solidelor

More documents

Recommendations

Info

11. Metode de rezolvare pentru probleme de echilibru 11.1. Metode de scalarizare pentru clase de inegalitati variationale 12. Initierea unor noi tipuri de experiente pe baza teoriilor de nanomecanica computationala Rezumatul proiectului Modelarea la scara nanometrica este un domeniu nou de cercetare cu un potential semnificativ de simulare computationala. Nanostiinta ajuta la intelegerea unor subiecte stiintifice importante cum ar fi nanocontactele si indentarea. Scopul proiectului este modelarea nanocontactelor si a indentarii cu ajutorul unor noi teorii cuplate atomistic-continue. Indentarea este insotita de o serie de fenomene: (a) avalansa discontinuitatilor energiei de contact, (b) histerezis pronuntat la ciclii incarcare-descarcare, (c) difuzie atomica locala, (d) fluaj, (e) generarea si multiplicarea dislocatiilor, (f) forfecarea omogena a planelor atomice, (g) curgere plastica, (h) relaxare, (i) formarea gradientilor de temperatura. Aceste fenomene au fost puse in evidenta experimental, dar nu au fost explicate pana in prezent nici cu teoriile existente si nici experimental. Scopul proiectului este de a intelege si explica aceste fenomene. Obiectivele constau in dezvoltarea de modele noi ale suprafetelor in contact la scara macroscopica, mezoscopica si nanoscopica, modelarea nanoscopica a contactului si a indentarii incluzand fenomenele mentionate mai sus, simularea unor experiente virtuale de indentare si comparatii cu rezultatele experientelor reale. Ne asteptam ca rezultatele sa fie calitativ si cantitativ in acord cu rezultatele experientelor gasite in literatura, acolo unde exista. Odata ce simularile numerice demonstreaza fiabilitatea acestor metode noi, simularile pot fi privite ca experiente simulate realistic pe computer. Ideea consta in utilizarea ulterioara a simularilor la scara atomica pentru a descoperi noi tipuri de experiente. Ne intereseaza in special studiul nanocontactelor de tip ceramica-nanotuburi de carbon. Vom intelege in ce mod teoriile cuplate atomistice-mezoscopice-macroscopice pot explica plauzibil mecanismele complexe care insotesc indentarea, si pot fi un instrument pretios la interpretarea datelor si la proiectarea unor noi experiente. Obiective 2007 a) Dezvoltarea de modele cuplate atomistic-continue in nanomecanica b) Relatii constitutive pentru stari de tensiune multiaxiale si complexe c) Modelarea indentarii pentru folii subtiri cu constrangeri geometrice d) Modelarea indentarii incluzand fenomenele de avalansa ale discontinuitatilor energiei de contact, comportament histeretic si difuzia atomica locala e) Modelarea indentarii incluzand fenomenele de fluaj, miscarea dislocatiilor si forfecarea omogena a doua plane atomice f) Modelarea indentarii incluzand fenomenele de curgere plastica, relaxare si efecte termice caracterizate prin gradienti de temperatura g) Simularea unor experiente virtuale de indentare h) Metode si algoritmi computationali i) Initierea unor noi tipuri de experiente pe baza teoriilor de nanomecanica computationala 2
Prezentarea lucrarii (cu referire la rezultatele originale) 1. Dezvoltarea de modele cuplate atomistic-continue in nanomecanica În aceasta parte a lucrarii se prezintă o serie de potenţiali interatomici care sunt utilizaţi atât în dinamica moleculară cât şi în modelele cuplate atomistic-continue care combină modele ale mediului continuu cu teorii la scară atomică şi cuantică. O categorie specială o constituie modelele multi-scară care cuplează o regiune descrisă atomistic cu regiuni învecinate descrise continuu, prin metoda elementului finit. Fiecare model se bazează pe o anumită reprezentare a energiei potenţiale de deformaţie. In lucrare (care se bazeaza pe lucrarile publicate in reviste de specialitate) s-au aplicat metodele cuplate atomistic-continue pentru descrirea comportarii dinamice a nanotuburilor de carbon supuse la intindere, compresiune, incovoiere si torsiune (Chiroiu, Dumitriu si Fibi 2007, Mitu, Dumitriu et al. 2007, Teodorescu si Chiroiu 2007). În problemele de termodinamică, se introduce temperatura ca un parametru de control, şi se efectuează simularea moleculară a sistemului pentru o temperatură constantă. Pentru a menţine o temperatură de referinţă, se folosesc metode constrânse care restricţionează energia cinetică totală a sistemului, sau metode stocastice de tip Langevin. În mecanica statistică, ansamblul canonic reprezentativ se poate construi considerând un număr mare de sisteme, care sunt replica mentală a unor sisteme fizice (fiecare având un volum V cu N atomi), şi aranjându-le împreună pentru a forma un bloc tridimensional. Acest bloc se scufundă apoi într-o baie caldă aflată la temperatura T . Presupunând că suprafeţele care separă elementele din bloc sunt permeabile la schimbări de energie, atunci toate elementele din bloc vor atinge după un timp aceeaşi temperatură T . Un astfel de bloc izolat termic formează un ansamblu canonic. Potrivit cu această metodă, sistemul şi baia caldă sunt cuplate şi formează un sistem compozit, cu o dinamică continuă deterministă. Teoria se bazează pe extensia spaţiului variabilelor dinamice a sistemului, dincolo de coordonatele şi impulsurile particulelor reale, pentru a include o coordonată fantomă adiţională s şi impulsul său conjugat p s , care acţionează ca o baie caldă pentru particulele reale. Prin această metodă se poate selecta un Hamiltonian pentru sistemul extins şi, simultan, variabilele sistemului fizic real se pot lega de cele ale unui sistem virtual, astfel încât funcţia de partiţie microcanonică a sistemului virtual extins să fie proporţională cu funcţia de partiţie canonică a sistemului fizic real. Avem prin urmare sistemul real ( ri, p i) , sistemul virtual ( ri, p i) , sistemul real extins ( ri, pi, s, p s) şi sistemul virtual extins ( ri, pi, s, p s) . Hamiltonianul sistemului virtual extins este definit astfel N 2 2 * pi ps H = ∑ + H( r ) ln 2 ij + + gkBT s 2ms 2Q , i= 1 i unde g este numărul gradelor de libertate, k B constanta lui Boltzmann, Q este un parametru care se comportă ca o masă asociată mişcării coordonatei s , iar r i , p i , r i şi p i sunt coordonatele şi impulsurile canonice ale tuturor particulelor reale şi virtuale. Deoarece Hamiltonianul H este energia potenţială pentru ambele sisteme, real şi virtual, primii doi termeni din relatia de mai sus reprezintă energia cinetică şi energia potenţială a sistemului fizic, iar următorii doi termeni reprezintă energia cinetică şi energia potenţială asociate gradelor de libertate adiţionale. Coordonatele virtuale şi timpul sunt legate de coordonatele fizice reale prin relaţiile ri = r i, 1 pi = p i, s 1 dt = dt . s 3
Page 1: INSTITUTUL DE MECANICA SOLIDELOR AC
Page 5 and 6: Considerăm o suprafată Σ scrisă
Page 7 and 8: forţa de frecare apare datorită s
Page 9 and 10: 6. Modelarea indentarii incluzand f
Page 11 and 12: Testul de indentare uniaxială cons
Page 13 and 14: Procedura de minimizare modifică i
Page 15 and 16: asemenea si diferite clase speciale
Page 17 and 18: 12. Initierea unor noi tipuri de ex
Page 19 and 20: Beldiman, M., Stanciu, D. (2007). I
Page 21 and 22: Ferris, M., Pang, J.S. (1997). Engi
Page 23 and 24: Shi, P. (1991). Equivalence of Vari

Cercetare de Ex - Institutul de Mecanica Solidelor

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?