Теоретические основы метода динамики частиц — различия между версиями

Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Перейти к: навигация, поиск
м (Замена текста — «{{#SecurityShowAllTabsGroup:staff}}» на «»)
 
(не показано 50 промежуточных версий 9 участников)
Строка 1: Строка 1:
−
Ниже приведен план лекций по курсу "Теоретические Основы Метода Динамики Частиц",
+
[[ТМ|Кафедра ТМ]] > [[Научный справочник]] > [[Механика]] > [[Механика дискретных сред | МДС]] > [[Теоретические основы метода динамики частиц]] <HR>
−
читаемых '''только''' 5 курсу кафедры "Теоретическая механика".
 
  
 +
[[Кафедра ТМ]] > [[Кафедра ТМ#Учебная работа|Учебная работа]] > [[Курсы лекций]]> '''Теоретические основы метода динамики частиц''' <HR>
 +
{{DISPLAYTITLE:<span style="display:none">{{FULLPAGENAME}}</span>}}
  
−
'''Лекция 1''' Обзор методов моделирования в [[Механика дискретных сред|механике дискретных сред]]  
+
<font size="5">Теоретические основы метода динамики частиц</font>
 +
<!--<StatisticYaGoog/>-->
 +
[[Файл:Square_rod_torsion.png|200px|thumb|right| Дискретная модель стержня]]
 +
== Вместо введения ==
  
 +
''“If in some cataclysm all scientific knowledge were to be destroyed and only one sentence passed on to the next generation of creatures, what statement would contain the most information in the fewest words? I believe it is the atomic hypothesis that all things are made of atoms-little particles that move around in perpetual motion, attracting each other when they are a little distance apart, but repelling upon being squeezed into one another. In that one sentence, you will see there is an enormous amount of information about the world, if just a little imagination and thinking are applied.”''
  
−
'''Лекция 2''' Метод гидродинамики/прикладной механики сглаженных частиц (SPH or SPAM)
+
(с) Richard Feynman.
 +
 
 +
== Описание курса ==
 +
В курсе приводится обзор дискретных методов моделирования. При этом изложение ведется "вниз по масштабной лестнице", начиная с решения уравнений движения  макроскопической сплошной среды методом гидродинамики сглаженных частиц, и заканчивая описанием динамики ионов и электронов на атомарном уровне с использованием семейства методов ab initio.
 +
 
 +
== План лекций ==
 +
 
 +
Ниже приведен план лекций по курсу "Теоретические основы метода динамики частиц",
 +
читаемых студентам кафедры "Теоретическая механика" (5 курс).
 +
 
 +
Составитель и лектор: [[В.А.Кузькин]].
 +
 
 +
'''Лекция 1''' Обзор методов моделирования в [[Механика дискретных сред|механике дискретных сред]]<ref name="Krivtsov_book"/>
 +
 
 +
 
 +
'''Лекция 2''' Метод гидродинамики/прикладной механики сглаженных частиц (SPH or SPAM)<ref name="Hoovers_SPAM_book"/><ref name="Hoovers_SPAM" />
  
 
* Введение
 
* Введение
  
−
* Основные предположения
+
* Основные предположения и идеи SPAM
  
 
* Уравнения баланса массы  
 
* Уравнения баланса массы  
Строка 17: Строка 37:
  
  
−
'''Лекция 3''' Метод гидродинамики сглаженных частиц.
+
'''Лекция 3''' Метод гидродинамики сглаженных частиц  
  
 
* Уравнение баланса энергии
 
* Уравнение баланса энергии
Строка 23: Строка 43:
 
* Сохранение кинетического момента
 
* Сохранение кинетического момента
  
−
* Структура SPH программы
+
* Структура SPH программы<ref name="Hoovers_SPAM" />
  
 
* Преимущества и недостатки метода
 
* Преимущества и недостатки метода
  
  
−
'''Лекция 4''' Динамика сред с парными моментными взаимодействиями
+
'''Лекция 4''' [[Метод динамики частиц]] с вращательными стпенями свободы. Моментные взаимодействия
  
 
* Обзор литературы по моментным взаимодействиям
 
* Обзор литературы по моментным взаимодействиям
Строка 36: Строка 56:
 
* Взаимодействия в системе тел-точек
 
* Взаимодействия в системе тел-точек
  
−
* Линейные моментные взаимодействия
+
* Линейные моментные взаимодействия <ref name="IvKrMo"/>
  
−
* Нелинейные моментные взаимодействия (плоский случай)
+
* Нелинейные моментные взаимодействия (плоский случай) <ref name="ByzIv"/><ref name="BerIvKrMo"/>
  
  
−
'''Лекция 5''' Динамика сред с парными моментными взаимодействиями
+
'''Лекция 5''' [[Метод динамики частиц]] с вращательными стпенями свободы. Моментные взаимодействия
  
 
* [[Потенциал Кузькина-Кривцова |Теория нелинейных мометных взаимодействий]]  
 
* [[Потенциал Кузькина-Кривцова |Теория нелинейных мометных взаимодействий]]  
  
  
−
'''Лекция 6''' Классическа молекулярная динамика
+
'''Лекция 6''' Классическая молекулярная динамика <ref name="Hoover_MD"/>, <ref name="Holian_MD"/>
  
−
* История развития классической молекулярной динамики  
+
* История развития классической молекулярной динамики <ref name="Hoover_50_years"/>, <ref name="Holian_MD"/>
  
 
* Система материальных точек. Основные законы
 
* Система материальных точек. Основные законы
Строка 54: Строка 74:
 
* Взаимодействия в системе материальных точек
 
* Взаимодействия в системе материальных точек
  
−
* Парные потенциалы взаимодействия (Леннарда-Джонса, Морзе, Ми)  
+
* [[Парные силовые потенциалы взаимодействия | Парные потенциалы взаимодействия (Леннард-Джонса, Морзе, Ми)]]
  
−
* Проблемы, возникающие при моделировании металлов с использованием парных потенциалов
+
* Проблемы, возникающие при моделировании металлов с использованием парных потенциалов <ref name="Ercolessi_glue"/>
  
  
 
'''Лекция 7''' Классическая молекулярная динамика
 
'''Лекция 7''' Классическая молекулярная динамика
  
−
* [[Многочастичные силовые потенциалы взаимодействия|Многочастичные потенциалы]]  
+
* [[Многочастичные силовые потенциалы взаимодействия|Многочастичные потенциалы (семейство потенциалов погруженного атома, потенциалы Терзоффа, Бреннера, AIREBO)]]  
  
−
* Вычисление сил в случае многочастичных взаимодействий
+
* Вычисление сил в случае многочастичных взаимодействий <ref name="Kuzkin"/>
  
  
−
'''Лекция 8''' Расчеты из "первых" принципов (ab initio)
+
'''Лекция 8''' Расчеты из "первых" принципов (ab initio) <ref name="Marx"/><ref name="Koch"/>
  
 
* Классическая молекулярная динамика
 
* Классическая молекулярная динамика
Строка 77: Строка 97:
  
  
−
'''Лекция 9''' Методы определения электронной структуры
+
'''Лекция 9''' Методы определения электронной структуры <ref name="Marx"/><ref name="Koch"/>
  
 
* Метод Харти-Фока (метод самосогласованного поля)  
 
* Метод Харти-Фока (метод самосогласованного поля)  
Строка 83: Строка 103:
 
* Метод фукционала плотности (Hohenberg–Kohn–Sham)
 
* Метод фукционала плотности (Hohenberg–Kohn–Sham)
  
 +
== Курсовые проекты ==
 +
 +
* [[ Курсовые_работы_по_ТОМДЧ:_2011-2012 | Курсовые работы 2011-2012 учебного года]]
 +
* [[ Курсовые_работы_по_ТОМДЧ:_2012-2013 | Курсовые работы 2012-2013 учебного года]]
 +
* [[ Курсовые_работы_по_ТОМДЧ:_2013-2014 | Курсовые работы 2013-2014 учебного года]]
 +
 +
== Рекомендуемая литература ==
 +
<references>
 +
<ref name="Krivtsov_book"> А.М. Кривцов. [[Деформирование и разрушение твердых тел с микроструктурой]] - М.: Физматлит, 2007. – 304 с.
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="Hoovers_SPAM_book"> W.G. Hoover. Smooth Particles Applied Mechanics: The State of the Art. World Scientific, Vol. 25, Advanced Series in Nonlinear Dynamics, 2006 [http://williamhoover.info/smooth-particle.pdf | pdf]
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="Hoovers_SPAM">  Hoover W.G. SPAM-based recipes for continumm simulations. Computing in Science and Engineering, 2001 [http://www.williamhoover.info/Scans2000s/2001-1.pdf | pdf]
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="Hoover_MD">  Hoover W.G. Molecular Dynamics: Lecture Notes in Physics. Springer-Verlag, 1986 [http://williamhoover.info/MD.pdf | pdf]
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="Holian_MD"> Holian B.L. History of constitutive modeling via molecular dynamics: Shock waves in fluids and gases // EPJ Web of Conferences 10, 00002 (2010)  [[Медиа: Holian_2010_Hystory of MD - shockwaves.pdf | | pdf]]
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="IvKrMo"> Иванова Е.А., Кривцов А.М., Морозов Н.Ф. Получение макроскопических соотношений упругости сложных кристаллических решеток с учетом моментных взаимодействий на микроуровне.  Прикладная математика и механика. 2007. Т. 71. Вып. 4. 595-615.[http://www.ipme.ru/ipme/labs/msm/Pub/Ivanova_2007_PMM.pdf | pdf]
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="ByzIv"> Byzov A.P., Ivanova E.A.  Mathematical modeling of the moment interactions of particles with rotary degrees of freedom // Scientific and Technical Sheets of St.Petersburg State Technical University. 2007. N 2. P. 260-268. (In Russian) [http://www.ipme.ru/ipme/labs/dms/prive/ivanova/Home_page_Elena_Ivanova/PDF/By_Iv_SPbGPU.pdf | pdf]
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="BerIvKrMo"> Беринский И.Е., Иванова Е.А., Кривцов А.М., Морозов Н.Ф. Применение моментного взаимодействия к построению устойчивой модели кристаллической решетки графита.  Известия РАН. Механика твердого тела. 2007. N5, 6-16. [http://www.ipme.ru/ipme/labs/msm/Pub/Berinskiy_2007_MTT.pdf | pdf]
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="Hoover_50_years">  Hoover W.G. 50 Years of Computer Simulation — a Personal View // arXiv:0812.2086v2 [nlin.CD] [http://www.williamhoover.info/isobeF.pdf | pdf]
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="Ercolessi_glue">  Ercolessi F., Parrinello M., Tosatti E., Simulation of gold in the glue model, Philos. Mag. A 58, 213, 1988
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="Kuzkin"> Kuzkin V.A. Interatomic force in systems with multibody interactions // Phys. Rev. E, 82, 016704, 2010  [http://arxiv.org/pdf/1003.5267v1 | ArXive] or[http://pre.aps.org/abstract/PRE/v82/i1/e016704 | PRE]
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="Marx"> D. Marx An Introduction to Ab Initio Molecular Dynamics Simulations // Computational Nanoscience: Do It Yourself!, J. Grotendorst, S. Blugel, D. Marx (Eds.), John von Neumann Institute for Computing, Julich, NIC Series, Vol. 31, ISBN 3-00-017350-1, pp. 195-244, 2006.
 +
</ref>
 +
 +
<ref name="Koch"> W. Koch, M.C. Holthausen A Chemist's Guide to Density Functional Theory. Sec. ed. Wiley-VCH Verlag GmbH, 2001.
 +
</ref>
 +
</references>
 +
 +
== См. также ==
 +
 +
*[[Метод динамики частиц]]
 +
*[[Механика дискретных сред]]
  
  
−
'''Рекомендуемая литература''':
+
[[Category: Лекции]]
 +
[[Category: Механика дискретных сред]]

Текущая версия на 12:31, 8 мая 2015

Кафедра ТМ > Научный справочник > Механика > МДС > Теоретические основы метода динамики частиц
Кафедра ТМ > Учебная работа > Курсы лекций> Теоретические основы метода динамики частиц


Теоретические основы метода динамики частиц

Дискретная модель стержня

Вместо введения[править]

“If in some cataclysm all scientific knowledge were to be destroyed and only one sentence passed on to the next generation of creatures, what statement would contain the most information in the fewest words? I believe it is the atomic hypothesis that all things are made of atoms-little particles that move around in perpetual motion, attracting each other when they are a little distance apart, but repelling upon being squeezed into one another. In that one sentence, you will see there is an enormous amount of information about the world, if just a little imagination and thinking are applied.”

(с) Richard Feynman.

Описание курса[править]

В курсе приводится обзор дискретных методов моделирования. При этом изложение ведется "вниз по масштабной лестнице", начиная с решения уравнений движения макроскопической сплошной среды методом гидродинамики сглаженных частиц, и заканчивая описанием динамики ионов и электронов на атомарном уровне с использованием семейства методов ab initio.

План лекций[править]

Ниже приведен план лекций по курсу "Теоретические основы метода динамики частиц", читаемых студентам кафедры "Теоретическая механика" (5 курс).

Составитель и лектор: В.А.Кузькин.

Лекция 1 Обзор методов моделирования в механике дискретных сред[1]


Лекция 2 Метод гидродинамики/прикладной механики сглаженных частиц (SPH or SPAM)[2][3]

  • Введение
  • Основные предположения и идеи SPAM
  • Уравнения баланса массы
  • Уравнения баланса импульса - уравнения движения сглаженных частиц


Лекция 3 Метод гидродинамики сглаженных частиц

  • Уравнение баланса энергии
  • Сохранение кинетического момента
  • Структура SPH программы[3]
  • Преимущества и недостатки метода


Лекция 4 Метод динамики частиц с вращательными стпенями свободы. Моментные взаимодействия

  • Обзор литературы по моментным взаимодействиям
  • Система тел-точек. Основные законы.
  • Взаимодействия в системе тел-точек
  • Линейные моментные взаимодействия [4]
  • Нелинейные моментные взаимодействия (плоский случай) [5][6]


Лекция 5 Метод динамики частиц с вращательными стпенями свободы. Моментные взаимодействия


Лекция 6 Классическая молекулярная динамика [7], [8]

  • История развития классической молекулярной динамики [9], [8]
  • Система материальных точек. Основные законы
  • Взаимодействия в системе материальных точек
  • Проблемы, возникающие при моделировании металлов с использованием парных потенциалов [10]


Лекция 7 Классическая молекулярная динамика

  • Вычисление сил в случае многочастичных взаимодействий [11]


Лекция 8 Расчеты из "первых" принципов (ab initio) [12][13]

  • Классическая молекулярная динамика
  • Молекулярная динамика Эренфеста
  • Молекулярная динамика Борна-Оппенгеймера
  • Молекулярная динамика Кара-Паринелло


Лекция 9 Методы определения электронной структуры [12][13]

  • Метод Харти-Фока (метод самосогласованного поля)
  • Метод фукционала плотности (Hohenberg–Kohn–Sham)

Курсовые проекты[править]

Рекомендуемая литература[править]

  1. ↑ А.М. Кривцов. Деформирование и разрушение твердых тел с микроструктурой - М.: Физматлит, 2007. – 304 с.
  2. ↑ W.G. Hoover. Smooth Particles Applied Mechanics: The State of the Art. World Scientific, Vol. 25, Advanced Series in Nonlinear Dynamics, 2006 | pdf
  3. ↑ 3,0 3,1 Hoover W.G. SPAM-based recipes for continumm simulations. Computing in Science and Engineering, 2001 | pdf
  4. ↑ Иванова Е.А., Кривцов А.М., Морозов Н.Ф. Получение макроскопических соотношений упругости сложных кристаллических решеток с учетом моментных взаимодействий на микроуровне. Прикладная математика и механика. 2007. Т. 71. Вып. 4. 595-615.| pdf
  5. ↑ Byzov A.P., Ivanova E.A. Mathematical modeling of the moment interactions of particles with rotary degrees of freedom // Scientific and Technical Sheets of St.Petersburg State Technical University. 2007. N 2. P. 260-268. (In Russian) | pdf
  6. ↑ Беринский И.Е., Иванова Е.А., Кривцов А.М., Морозов Н.Ф. Применение моментного взаимодействия к построению устойчивой модели кристаллической решетки графита. Известия РАН. Механика твердого тела. 2007. N5, 6-16. | pdf
  7. ↑ Hoover W.G. Molecular Dynamics: Lecture Notes in Physics. Springer-Verlag, 1986 | pdf
  8. ↑ 8,0 8,1 Holian B.L. History of constitutive modeling via molecular dynamics: Shock waves in fluids and gases // EPJ Web of Conferences 10, 00002 (2010) | pdf
  9. ↑ Hoover W.G. 50 Years of Computer Simulation — a Personal View // arXiv:0812.2086v2 [nlin.CD] | pdf
  10. ↑ Ercolessi F., Parrinello M., Tosatti E., Simulation of gold in the glue model, Philos. Mag. A 58, 213, 1988
  11. ↑ Kuzkin V.A. Interatomic force in systems with multibody interactions // Phys. Rev. E, 82, 016704, 2010 | ArXive or| PRE
  12. ↑ 12,0 12,1 D. Marx An Introduction to Ab Initio Molecular Dynamics Simulations // Computational Nanoscience: Do It Yourself!, J. Grotendorst, S. Blugel, D. Marx (Eds.), John von Neumann Institute for Computing, Julich, NIC Series, Vol. 31, ISBN 3-00-017350-1, pp. 195-244, 2006.
  13. ↑ 13,0 13,1 W. Koch, M.C. Holthausen A Chemist's Guide to Density Functional Theory. Sec. ed. Wiley-VCH Verlag GmbH, 2001.

См. также[править]

Источник — «http://tm.spbstu.ru/?title=Теоретические_основы_метода_динамики_частиц&oldid=33302»