分子/集团统计热力学方法

【作者】 汪海英； 胡明； 夏蒙棼； 柯孚久； 白以龙；

【机构】 中国科学院力学研究所LNM；

【摘要】 纳米技术的发展要求我们准确地模拟纳米尺度材料和结构的力学行为。由于纳米尺度的材料和结构是一个含中等数量粒子的对象,传统的单一尺度模拟方法,如连续介质力学方法和分子模拟方法,在处理这类对象时都会存在一定的困难。鉴于此,本文针对纳米材料有限温度下准静态变形的模拟,提出了基于分子间相互作用势的分子统计热力学方法、集团统计热力学方法、分子—集团耦合的统计热力学方法。分子统计热力学方法,对原子系统同时采用粒子和振子表象进行描述,基于分子间相互作用势并利用统计热力学的结果,回避了分子动力学中对分子热运动细节的刻画,从而可以高效地模拟纳米尺度材料在有限温度下的准静态变形行为。集团统计热力学方法通过对变形较均匀的区域采用原子集团表象进行刻画,可以大大降低系统的自由度,但不能刻画原子局部不均匀变形的细节。分子—集团耦合的方法通过对原子系统分区域采用原子表象和原子集团表象进行描述,兼具分子统计热力学和集团统计热力学方法的优势,可以快速、准确地模拟有限温度下大尺度固体材料的准静态力学行为。更多还原