Разработка моделей и методов численного моделирования структуры полимеризующихся оксидных расплавов

• Автор: Григорьева, Мария Александровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 144 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ ПОЛИМЕРИЗУЮЩИХСЯ СИСТЕМ

1.1. Уровни приближений при моделирования свойств полимсризующихся оксидных систем.

1.2. Методы моделирования полимсризующихся систем на молекулярном уровне

1.2.1. Неэмпирические методы

1.2.2. Полуэмпиричсские методы

1.2.3. Метод молекулярной механики

1.3. Методы моделирования нолимеризующихся систем на уровне многоатомных кластеров

1.3.1. Молекулярностатистические методы

1.3.2. Метод молекулярной динамики

1.3.3. Модели оксидных систем с разными потенциалами

1.4. Методы статистикогсомстрического моделирования структуры многочастичных систем.
1.3.1. Метод ВороногоДелоне
1.3.2. Экспериментальные основания применения полимерной теории при исследовании полимеризующихся систем
1.5. Обзор программных комплексов для моделирования методом молекулярной динамики.
1.6. Выводы.
ГЛАВА 2. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СТРУКТУРОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРИЗУЮЩИХСЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ОКСИДНЫХ СИСТЕМ
2.1. Классы математических моделей полимеризующихся систем в прогрммном комплексе МЕ5ЬАОМЕЕТ.
2.1.1.Модели межчастичного взаимодействия в оксидном расплаве
2.1.2.Молекулярнодинамическая модель.
2.1.3.Модели физикохимических свойств
2.2. Модели структуры полимеризующегося оксидного расплава.
2.2.1. Построение множеств вершин на основе неоднородного дескриптора.
2.2.2. Выделение звезд характеристических вершин
2.2.3. Формирование связных графов второго уровня.
2.2.4. Поиск плоскостных колец в связных графах второго уровня
2.2.5. Разработка алгоритмов для моделирования структуры полимериузющегося оксидного расплава.
2.2.6. Модель структурочувствитсльных свойств.
2.3. Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОВЕДЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ
1.1. Требования к архитеюуре программного комплекса
3.1.2. Компоненты программного комплекса и их назначение
3.2. Разработка модуля для моделирования структуры оксидного расплава.
3.3. Разработка модели удаленного взаимодействия для программного комплекса
3.3.1. Обзор инструментов разработки приложений, поддерживающих технологию ii.
3.3.2. Архитектура среды публикации динамического Xконтснта Сосооп 2.
3.4. Реализация приложения для программного комплекса
3.4.1. Блоки информационных ресурсов приложсния.
3.4.2. Разработка модуля ввода начальных условий эксперимента.
3.4.3. Разработка модуля формирования отчетов по компьютерным экспериментам .
3.4.4. Реализация системы аутентификации пользователей на основе
технологии ii
3.5. Разработка информационной модели оксидного расплава
3.5.1. Формирование отчета для исследования свойств состава при изменении температуры.
3.5.2. Формирование отчета для анализа изменения свойств конкретного состава в рамках заданного температурного диапазона.
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВУХ КОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ I,
4.1. Параметры потенциальных функций для объектов исследования.
4.2. Параметры молекулярнодинамического моделирования.
4.3. Термодинамические параметры и кинетические коэффициенты
4.4. Параметры моделирования структуры.
4.5. Структурные характеристики ближнего порядка.
4.6.1. Возможности дальнейшего развития исследования структуры по среднему фактору связности структурного каркаса
4.7. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Разработан расширяемый программный комплекс с удаленным доступом, обеспечивающий моделирование свойств и структуры многокомпонентных полимеризующихся оксидных систем большого числа частиц порядка К6. Централизованное хранение результатов моделирования в БД позволило реализовать многомерный анализ модельных данных и статистическую обработку в удаленном режиме, что обеспечивает автоматизацию и интенсификацию работ ы исследователя. Разработанный метод организации многопользовательского удаленного доступа к КЭ позволяет сформулировать рекомендации по быстрому проектированию и реализации систем автоматизации вычислительного эксперимента с удаленным доступом. С помощью разработанного программного комплекса проведено комплексное моделирование системы БЮзНагО в диапазоне шести составов и получены практически значимые результаты, часть из которых обладает научной новизной. Результаты могут быть использованы для прогнозирования состава шлаков. Расхождение между модельными результатами и частично имеющимися экспериментальными даннымименее . ГЛАВА 1. В области моделирования полимеризуюицихся систем, к которым относятся оксидные расплавы, накоплен огромный экспериментальный материал. Он постоянно пополняется и систематизируется. Область применения оксидов за последние годы существенно расширилась. Их используют для изготовления покрытий с тепловым контролем космических летательных аппаратов сцинтилляторов у жестких излучений, материалов квантовой электроники. Широко применяют оксиды в металлургии черных и цвстных металлов, в производстве разлагающихся полупроводниковых соединений1 и стекол. Все это обусловливает значительный интерес к таким системам. При моделировании оксидных расплавов используются модели с разными уровнями приближений основанные на законах квантовой или классической механики. В первом случае строятся различные кластерные модели квантовомеханические iii и полуэмпирические квантовохимические, позволяющие получить ряд базисных характеристик систем исходя из первых принципов. Во втором случае метод частиц в классических молекулярностатистических или молекулярнодинамических моделях не учитываются квантовые эффекты, но переход на этот уровень позволяет прогнозировать очень широкий круг практически важных свойств и процессов, не доступных в первом случае, в силу вычислительных сложностей. Обобщенные данные об уровнях приближения в моделях приведены в таблице 1. Ниже более подробно рассмотрены основные направления компьютерного моделирования полимеризующихся оксидов квантовохимические методы, методы частиц молекулярностатистические методы, молекулярнодинамическое моделирование и методы статистикогеометрического моделирования. Уровни иерархического моделирования физических процессов и свойств материалов Таблица 1. Сплошная среда Уравнения баланса, макроскопические уравнения Максвелла 0 нм 1 мм 1мкс 0 с 6 У Элемент сплошной среды Волновые процессы в элементах, макроскопические процессы в материалах Пакеты , и др. Мезоскопический Уравнения сплошной среды с источниками мелкомасштабных и круппомаспггаб ных флуктуаций 0 им 0 мкм 1 не 1 с 6 У Зерна, глобулы, псевдоатомы. В основе математической модели для квантовохимических расчетов лежит понятие кластера как совокупности частиц молекулярной системы, для которой решается уравнение Шредингера. НТЧ НЧ Е ттГгГГс1т 1. ГАВ Ъ га I 8л т,. Здесь А и В ядерные центры, i и электроны. Первый член отвечает отталкиванию ядер, второй притяжению между электронами и ядрами, а третий отталкиванию между электронами. Четвертый и пятый члены представляют кинетическую энергию электронов и ядер соответственно . На практике невозможно получить точное решение этого уравнения, потому ищут приближенные методы его решения, с использованием приближений. Например, приближение БорнаОппенгеймера фиксированные координаты ядер и пренебрежение их кинетической энергией. А I Гм о7Г УП
а волновая функция описывает лишь движение электронов. Исследование квантовомеханических представлений дает возможность полного описания электронных свойств молекулярных систем их строения, реакционной способности, распределения электронной плоскости, частот колебаний и т.