余跃

2018-12-03 | 前沿

使用超级计算机观察应力的新方法

【据美国德克萨斯大学高级计算中心网站2018年12月3日报道】

科学家通过假设应力具有对称性来用数学方法处理它。这意味着,如果你对受力物体进行旋转或翻转,应力的分量是相同的。然而,超级计算机模拟表明在原子水平上,材料应力的行为并不对称。

爱荷华州立大学Liming Xiong教授的一项研究结论得出经典连续介质力学中普遍接受的应力张量的对称性是基于某些假设的。当以原子分辨率解析材料时,这些假设是不成立的。广泛使用的原子维里应力或哈迪应力公式大大低估了变形材料中位错核、裂纹尖端或界面等应力集中区附近的应力。因此,研究人员使用数学家柯西(A.L. Cauchy)对应力的定义,即作用在三个矩形平面上的单位面积上的力。他们进行了分子动力学模拟,测量由位错、相界和空穴引起的非均匀材料的原子尺度应力张量。这样的计算挑战到了目前可以计算的极限,数以亿计的原子对需要大量的计算资源。然而,目前还缺乏一套完善的计算机代码,用于原子尺度上的局部应力计算。

Liming Xiong团队使用了开源的LAMMPS分子动力学模拟器,结合了Lennard-Jones原子间势,并通过他们在论文中计算出的参数进行了修改。他们使用了由印第安纳大学、亚利桑那大学和德克萨斯大学高级计算中心支持的云环境Jetstream系统。Jetstream是为小规模计算而设计的。一旦代码被开发并进行基准测试,就能将其移植到千兆级Comet系统,使用成百上千个处理器执行大规模模拟。研究人员希望能运用超级计算机来设计具有新特性的新材料。

该研究由美国国家科学基金会资助。

相关研究论文《Asymmetry of the atomic-level stress tensor in homogeneous and inhomogeneous materials》已发表在Proceedings of the Royal Society A上。

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