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第一原理・古典連成分子動力学法の開発とセラミックスの機械的特性評価への適用

第一性原理/经典耦合分子动力学方法的发展及其在陶瓷力学性能评价中的应用

基本信息

批准号：
12750073
负责人：
尾方成信
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究において次の成果を得た。1)古典分子動力学に使用するポテンシャルを決定するにあたり、まず、第一原理分子動力学法により窒化ケイ素の引張りおよびせん断変形解析を行なった。この解析により今まで実験では求められていなかった単結晶の理想強度によるデータを得ることができ、精度の高いポテンシャルを構築するために必要なデータが揃った。そして、この結果をもっとも良く再現する古典分子動力学用原子間ポテンシャルを選定した。選定したのは3体ポテンシャルであり、このポテンシャルより計算される格子定数、弾性定数、結晶構造は第一原理計算より得られるこれらの結果と一致した。さらには、理想引張り強度、理想せん断強度も十分な精度で第一原理計算の結果ともほぼ一致することを確認した。これにより本連成手法に用いるポテンシャルが完成したと言える。なお、本ポテンシャルでは長距離クーロン相互作用を近似的に7Åで打ち切っている。2)つぎに、第一原理計算領域と古典分子動力学計算領域の間の遷移領域での相互作用の計算手法について検討した。この領域の原子に働く力は、同一原子に対して第一原理分子動力学計算と古典分子動力学計算の両方で計算し、原子位置がどちらの領域に近いかで、これらの領域間でなめらかに変化する関数に従う割合で、それぞれの計算結果より得られる力を足し合わせることにより決定した。本研究で検討した第一原理計算結果を良く表現する3体ポテンシャルを用いた場合、両領域間の力の整合性が十分であることを確認した。3)第一原理計算領域自動設定のためのアルゴリズムについて検討した。与えられたモデルの原子配置に対して原子の配位数解析を行い、配位数が完全結晶のそれと異なる場合、その周り7Åを第一原理計算領域として設定する。このアルゴリズムを使用することにより、原子構造の乱れた領域を第一原理分子動力学計算で扱うことができた。4)以上の連成手法を用いて試験的にき裂先端近傍の解析を行って、全体的な動作が正常であることを調べた。

The results of this research are as follows. 1) Classical Molecular Dynamics uses するポテンシャルを to decide するにあたり, まず, first Principle molecular dynamics method により suffocation ケイ element の inducing Zhang りおよびせん break dimensional shape analysis を row なった.このANALYSISにより天まで実験では问められていなかった単Ideal strength of the crystallization によるデータをGet the ることができ, the accuracy of the high いポテンシャルをbuild the necessary なデータが揃った.そして、このRESULTS をもっとも好く Reproduce するClassical molecular dynamics using inter-atomic ポテンシャルをselected した. Select the したのは3-body ポテンシャルであり, このポテンシャルより to calculate the されるlattice determination Numbers, elasticity definite numbers, and crystal structure were calculated from first principles and the results were consistent. The results of the first-principle calculation of the strength, the ideal tensile strength, and the ideal breaking strength are very precise and consistent, and the results are consistent and confirmed. The original linking technique is completed with the いるポテンシャルがしたと语える. Nana, this ポテンシャルでは long-distance クーロン interaction をapproximate に7Åで打ち开っている. 2) つぎに, first principles calculation field and classical molecular dynamics calculation field, migration field and interaction calculation technique.この区のatomic に働く力は, same atom に対して first principles molecular dynamics calculation and classical molecular dynamics calculation の両square でcalculation, atomic position がどちらの区にNearlyいかで、これらの区でなめらかに変化する关数に従う Cut合で、それぞれのcalculation resultsよりgetられる力を足し合わせることによりdeterminationした. In this study, the results of first-principles calculations have been well expressed and the three-dimensional system has been verified using the conditions and the integration of the forces between the fields. 3) First-principles calculation field is automatically set up. It is related to the atomic configuration of えられたモデルのatomic configuration に対して atomic coordination number analysis を row い, coordination number が completely crystallized のそれとdifferent なる case, そのweek り7Å を first principles calculation field として setting する.このアルゴリズムをUsing することにより, atomic structure and atomic structure, first principles molecular dynamics calculations. 4) The above combined technique is to use the いて test method of the にき split tip close to the analytic を line って, and the overall な movement is the normal であることを Adjustment べた.