GaAs纳米晶体压致相变的尺寸模型

基于晶体相变压力和结合能的关系,提出了一种简单的热力学模型计算尺寸依赖的纳米晶体压致相变压力.根据该模型研究了GaAs纳米晶体压致相变的尺寸效应,结果表明GaAs纳米晶体稳定性的下降导致其相变压力随尺度的减小而降低.当尺寸进一步减小时,纳米晶体的相变压力随着尺寸减小急剧降低,显示了强烈的尺寸效应.该模型计算结果与分子动力学模拟结果显示了较好的一致性.     

本期导读

正根据广西的资源特色和学科特色设置栏目是《广西科学》2014年探索期刊特色的路子,本期的重点栏目是功能材料与计算模拟,中药与天然药物的研究及应用。功能材料与计算模拟栏目共有10篇论文,其中关于晶体相场模拟方法(PFC)的应用4篇,关于第一性原理计算3篇。PFC方法是基于密度泛函理论提出的,不仅可以用来研究纳米尺度下材料的微结构,而且还可以研究扩散时间尺度(10-6 s)的位错运动及其对晶界的影响,相比分子动力学(MD)方法具有明显的优势,应用晶体相场方法研究晶界及位错湮没过程可得到非常     

纳米单晶氩扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩的扩散性质进行了模拟研究。采用L-J12-6势函数描述氩原子势,半步长的Leap-frog算法求解运动方程,Berendsen热浴法调温,P-R方法调压,在充分弛豫后进行扩散模拟的时间为100 ps,计算得到了10个恒定温度下原子均方位移(MSD)与时间(t)的关系曲线。根据MSD-t曲线特点,分为初始阶段和稳态阶段2个阶段进行数据处理。利用Einstein关系求出了稳态阶段的扩散系数D,由Arrhenius表达式求出了纳米单晶氩的稳态扩散常数D0为0.100 004 509 m2/s、稳态扩散激活能Q为4.848 81×10-21J。     

纳米尺度下表界面水行为的多尺度分子动力学模拟

表面界面处水的结构和性质是物理、生物、材料、化学、地质和纳米科学等领域里重要的研究课题.在当今对表界面水的科学研究当中,基于经典力场和第一性原理计算的分子动力学(MD)模拟起到了至关重要的作用.笔者与合作者多年来从事表界面水的多尺度MD模拟研究,取得了一系列进展.本评述文章介绍了我们近5年来在该领域所做的一系列贡献.主要包括以下几个方面:(1)纳米水滴的接触角与衬底晶格结构的关系;(2)界面诱导的二维冰结构;(3)纳米孔道里的一维冰与铁电性;(4)纳米孔的水输运;(5)水合离子动力学与离子选择通道的微观机制.     

纳米硬度测量中接触面积及压头曲率半径效应的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)模拟了单晶铜的纳米压痕. 提出“接触原子”方法来计算接触面积, 并和实验上采用的方法进行比较, 发现此方法无论是对“挤出”还是“沉陷”情况都能更准确地计算接触面积. 同时也模拟了压头曲率半径对纳米压痕的影响, 发现在同一压痕深度下材料纳米硬度的测量值随着压头半径的增大而变大.     

一种用于剂量效应模拟的新型分子动力学统计噪声改进算法

提出了一种用于分子动力学(MD)模拟晶体靶材料中离子注入的加速算法.READE(包含剂量效应的稀有事件算法)方法可以很好的加速含剂量效应的离子注入的分子动力学模拟.在保证高精度和剂量效应的同时,模拟的时间大幅度减小.同时,在模拟中许多导致统计噪声的细节在READE中被考虑进来,并使得READE更加合理和可信.     

基于Helmholtz速度分解的黏势流耦合方法

针对Navier-Stokes(N-S)方程,根据Helmholtz速度分解,将流场速度分解为势流部分和非势流部分,剥离势流部分后得到黏势流耦合的变形N-S方程.变形N-S方程求解的是非势流部分速度分量,其在远场的影响较弱,故较传统计算流体动力学(CFD)方法求解N-S方程计算区域小,计算效率较高.以圆柱绕流为例,势流部分速度分量采用解析解,并在OpenFOAM平台内实现了变形N-S方程的黏势流耦合计算.对不同雷诺数下圆柱绕流进行了计算模拟,并将耦合方法计算获得的流场中的速度、压力,与文献中的试验及传统CFD等计算的结果进行仔细比较和分析,相关结果吻合良好.研究表明,该方法适用于层流和湍流模型的计算模拟,为改善黏流计算效率提供了新的途径.     

分子动力学模拟高压下铁的相变

采用分子动力学(MD)方法,结合原子间多体势函数,模拟了bcc铁(α-Fe)在高压下向hcp铁(ε-Fe)转变的过程,并与实验数据进行了比较.系统的压强通过计算维里压强获得,并通过Berendsen方法进行调整和改变.还采用相同的原子间势模拟bcc和hcp两种不同结构的铁,对高压下铁相变的机制和相变压强进行直接的计算和模拟,以对采用的原子间势进行更严格的检验和修正.模拟计算得到超高压下(＞15 GPa)两种结构的P-V曲线图以及hcp铁的c/a值等相关结果,都与实验结果有较好的符合.而在较低压下(0～15 GPa)P-V关系中常用的铁的原子间势对bcc铁仍有很好的模拟效果,而对hcp铁则效果不是很理想.因此,铁的原子间势还有待进一步改进.     

智能代理模拟在电力市场中的运用

基于智能代理的模拟仿真方法已成为电力市场研究的一种新颖而有效的途径.文中结合某一实际区域电力市场模拟系统的构建,介绍了适合模拟发电厂商报价的智能代理学习算法,详细阐述了VRE learning算法、Q-learning算法以及贪婪算法在模拟系统中的运用及实现框架,并分别探讨了学习算法在代理报价收敛问题上的不同处理方式.算例结果表明,智能代理模型及学习算法能够模拟发电厂商的理性竞价行为.     

受限在单壁碳纳米管中金纳米粒子相变的分子动力学模拟研究

近年来,负载型金属纳米催化剂的制备及其性能研究一直是催化领域重要的研究课题.通过分子动力学(MD)模拟研究了受限在单壁碳纳米管(SWNT)内金纳米粒子在升温和降温过程中的相变.结果表明,受限金纳米粒子在室温下表现出两种不同类型的圆筒状多层结构.基于MD模拟,我们观察到了一个有趣的现象,即受限金纳米粒子的熔点随粒子增大而降低.对于受限的金纳米粒子来说,每一层的有序-无序的结构转变是受限金纳米粒子熔化的本质结构特征.     

基于修正剑桥模型的SPH的土柱崩塌模拟

土柱崩塌是一种被广泛研究的岩土大变形模型。考虑非关联流动法则的修正剑桥(MCC)模型描述土体行为,并将其导入光滑粒子流体动力学(SPH)算法来模拟土柱崩塌。在算法设计中,利用有限元方法中常用的中心回映算法来计算应力积分,以提高算法的精度。应用所设计的SPH算法模拟初始高宽比分别为1.5,3和5.5的土柱崩塌模型,并与实验结果比较,表明SPH算法在研究土柱崩塌问题的可靠性。     

3D实用毛笔模型的物理仿真

从水墨画成画机理出发提出一个实用的3D毛笔模型系统,精确模拟毛笔几何形态及运动弯曲等动态交互行为．提出势能一阈值方法以灵活控制毛笔形变的弹塑性转化及扭转程度．采用快速分叉算法,随机生成真实感很强的毛笔分叉效果．结合3D毛笔模型和虚拟宣纸模型设计了水墨扩散传输算法,从而形成完善的水墨成画机制．上述方法可有效仿真艺术创作过程中毛笔的动态变化,实现单笔扩散、多笔次叠加和干笔飞白等数字水墨特效．     

复杂铝型材挤压成形有限体积仿真

根据型材挤压成形属于特大变形、热-力耦合、坯料头部存在变形死区等特点,采用欧拉描述有限体积法(FVM)模拟了3级复杂型材的挤压成形过程,避免了传统刚塑性有限元法无法模拟变形死区,拉格朗日描述有限变形弹塑性有限元法难以重划特大变形网格等难题．模拟过程中,采用欧拉描述FVM仿真坏料流动,采用拉格朗日描述有限元法仿真模具变形和应力,采用显式动态接触算法仿真坏料与模具之间的相互作用．确定了兼顾仿真精度和速度的有限体积网格的最小尺寸和单元最大数量,提高了计算效率;建立了6063-T5铝合金在不同变形温度下的系列热-本构-摩擦模型,获得了金属流动、力能、温度、密度变化分布．为工艺和模具参数优化提供了依据．     

ZnO岩盐结构熔化特性的分子动力学模拟

利用分子动力学方法和经验势模型对岩盐结构ZnO高压下的熔化特性进行了研究．对ZnO闪锌矿结构常压下的熔化进行模拟，发现存在过热熔化现象，通过与实验比较得到其过热48％的结论，然后利用该结论修正得到了ZnO岩盐结构0-50GPa的高压熔化相图．其中岩盐结构ZnO高压熔化曲线在压力低于7GPa时和由Lindemann熔化方程得到的结果符合很好．     

基于适体坐标系的TCGMAW熔池行为数值模拟

为了解双丝共熔池气体保护焊的工艺机理,优化工艺参数,对其熔池流场数学模型进行了研究.在分析熔池表面变形的基础上,利用适体坐标变换将熔池表面变形后所形成的复杂物理边界转变为非正交适体坐标系下规则的计算边界,使坐标轴与计算区域的边界一致,从而建立适体坐标系下的离散化控制方程组,并对其能量和动量边界条件分别进行离散求解,进而建立了三维准稳态双丝气体保护焊接熔池流场的数值分析模型,最后采用SIMPLEC算法进行了数值模拟实验.结果表明,该方法较好地处理了熔池表面变形与流场和热场的耦合问题,使得模拟过程更加符合实际情况.     

自由表面流动的移动粒子半隐式模拟方法

引入可压缩因子，对移动粒子半隐式方法（MPS）进行了改进，解决了MPS方法在计算中容易出现的不稳定问题．使用改进后的方法对液柱倒塌算例进行了模拟计算，并将计算结果与实验及其他数值计算结果进行了比较．计算表明，引入可压缩因子大大提高了计算的稳定性，且方法简单易于实现，在液柱与挡板发生碰撞、流体发生大变形时依然能进行有效地模拟。     

基于MD5算法的密码破解及加密改进方法

本文介绍了MD5加密算法在应用方面遇到的一些问题,并且针对这种问题在基于MD5算法的基础上改进了加密方法,从而使MD5加密口令方面更加安全。     

基于CONWEP算法聚脲钢板复合结构变形的数值模拟

针对爆炸载荷作用下的聚脲钢板复合结构,基于非线性有限元软件LS-DYNA,利用CONWEP算法对聚脲复合钢板结构在爆炸载荷作用下的结构变形进行数值模拟分析,并与试验结果进行了对比.结果表明,CONWEP算法能够很好的模拟聚脲钢板复合结构在爆炸载荷作用下的变形.在相同钢板厚度条件下,聚脲钢板复合结构的最大变形挠度要小于裸钢板结构.从吸能特性来看,聚脲弹性体有良好的吸能特性,聚脲钢板复合结构中钢板的吸能要低于裸钢板,使得复合结构中钢板的变形要小于裸钢板.     

水下接触爆炸作用下舰船防护结构中液舱影响仿真分析

针对舰船防护结构在爆炸作用下的非线性动态响应,采用数值方法对多层板架结构的抗爆进行研究．借助于有限元程序LS—DYNA中的ALE算法,提出多层舱室、多种介质的多耦合面在爆炸载荷作用下的动态响应仿真计算方法,对三层板壳结构在水下接触爆炸荷载作用下的非线性动态响应过程进行数值仿真．分别对三层空舱和两层空舱、一层液舱及改变液舱中水位的情况进行比较,分析了钢板的破口半径及各层板上单元有效应力、压力、位移等动态参数．仿真结果表明液舱的设置可以提高多层板壳结构的抗爆抗冲击性能,并且适当减少液舱中的水,不会影响其抵抗爆炸载荷的能力．