|
|
| Строка 7: |
Строка 7: |
| | Основные идеи построения данного потенциала изложенны | | Основные идеи построения данного потенциала изложенны |
| | [[Потенциал Кузькина-Кривцова: принцип построения|здесь]]. | | [[Потенциал Кузькина-Кривцова: принцип построения|здесь]]. |
| − |
| |
| − |
| |
| − | Приведем основные идеи построения данного потенциала, изложенные в работе
| |
| − | [[Виталий_Кузькин|В.А. Кузькина]], [[Антон_Кривцов|А.М. Кривцова]] "Описание механических свойств графена с использованием частиц с вращательными степенями свободы" // ДАН, 2011 (направлено в печать)
| |
| − |
| |
| − | Пусть частицы 1 и 2 взаимодействуют посредством сил и моментов, зависящих от их
| |
| − | взаимного расположения и ориентации частиц. Введем следующие обозначения: <math>{\bf F}_i</math>,
| |
| − | <math>{\bf M}_i</math> - сила и момент, действующие на частицу i со стороны
| |
| − | второй частицы, причем момент <math>{\bf M}_i</math> вычислен относительно
| |
| − | частицы i. Величины <math>{\bf F}_i</math>, <math>{\bf M}_i</math> удовлетворяют третьему закону
| |
| − | Ньютона для сил, аналогу третьего закона Ньютона для моментов и
| |
| − | уравнению баланса энергии:
| |
| − |
| |
| − | <math>
| |
| − | {\bf F}_1=-{\bf F}_2 = {\bf F},
| |
| − | \quad
| |
| − | {\bf M}_1 + {\bf M}_2-{\bf r}_{12} \times {\bf F} = 0,
| |
| − | \quad
| |
| − | \dot{U}= {\bf F}\cdot\dot{{\bf r}}_{12} - {\bf M}_1\cdot{\bf \omega}_1 - {\bf M}_2 \cdot{\bf \omega}_2,
| |
| − | </math>
| |
| − |
| |
| − | где <math>{\bf r}_{12} = {\bf r}_2-{\bf r}_1</math>; <math>{\bf r}_i</math> - радиус-вектор
| |
| − | частицы i; <math> {\bf \omega}_1, {\bf \omega}_2</math> - угловые скорости частиц; U - внутренняя энергия системы.
| |
| − | Будем искать внутреннюю энергию в виде функции векторов, жестко с частицами:
| |
| − |
| |
| − | <math>
| |
| − | U = U({\bf r}_{12}, { {\bf n}_1^j }_{j \in \Lambda_1}, {{\bf n}_2^j }_{j \in \Lambda_2}),
| |
| − | </math>
| |
| − |
| |
| − | где <math>\{ {\bf n}_1^j \}_{j \in \Lambda_1}, \{{\bf n}_2^j \}_{j \in \Lambda_2} </math> - два множества единичных векторов, жестко
| |
| − | связанных с частицами 1 и 2 соответственно,
| |
| − | <math>\Lambda_1, \Lambda_2</math> - множества индексов. В
| |
| − | силу принципа материальной объективности внутренняя энергия должна
| |
| − | зависеть от инвариантных величин: <math> r_{12}, {\bf e}_{12}\cdot {\bf n}_i^j,
| |
| − | {\bf n}_1^j\cdot {\bf n}_2^k </math>. Формулы, связывающие силы и
| |
| − | моменты, действующие между частицами, с внутренней энергией имеют вид:
| |
| − |
| |
| − | <math>
| |
| − | {\bf F} = \frac{\partial U}{\partial {\bf r}_{12}}, \quad {\bf M}_i = \sum_{j \in \Lambda_i} \frac{\partial U}{\partial
| |
| − | {\bf n}_i^j}\times{\bf n}_i^j, \quad i=1,2.
| |
| − | </math>
| |
| − |
| |
| − | Приведем основные идеи по поводу построения моментного потенциала для sp-2 углерода, изложенные в работе В.А. Кузькина, А.М. Кривцова "Описание механических свойств графена с использованием частиц с вращательными степенями свободы" // ДАН, 2011 [статья направлена в печать]
| |
| − |
| |
| − | Вводем единичные векторы <math>{\bf n}_i^j,
| |
| − | j=1,..,4</math>, связанные с частицей i. Векторы <math>{\bf n}_i^1, {\bf n}_i^2,
| |
| − | {\bf n}_i^3</math> располагаются в одной плоскости под углами <math> 2\pi/3</math> друг к
| |
| − | другу. Вектор <math>{\bf n}_i^4</math> определяется соотношением <math>{\bf n}_i^4 = 2{\bf n}_i^1
| |
| − | \times {\bf n}_i^2/\sqrt{3}</math>. Энергия взаимодействия частиц 1 и 2
| |
| − | представляется в виде:
| |
| − |
| |
| − | <math>
| |
| − | U = \phi_R(r_{12}) + \phi_A(r_{12})(U_B + U_T),
| |
| − | </math>
| |
| − |
| |
| − | <math>
| |
| − | U_B = \sum_{j,k=1}^3 \eta({\bf n}_1^j\cdot{\bf n}_2^k) [\psi({\bf e}_{12}\cdot{\bf n}_1^j) + \psi({\bf e}_{21}\cdot{\bf n}_2^k)],
| |
| − | </math>
| |
| − |
| |
| − | <math>
| |
| − | U_T = U_T({\bf n}_1^4 \cdot {\bf n}_2^4, {\bf e}_{12} \cdot {\bf n}_1^4, {\bf e}_{21} \cdot {\bf n}_2^4),
| |
| − | </math>
| |
| − |
| |
| − | где <math> {\bf e}_{12} = {\bf r}_{12}/r_{12}</math>. Функции <math> \phi_R, \phi_A</math> описывают
| |
| − | притяжение/отталкивание между частицами; <math>U_B, U_T</math> обеспечивают
| |
| − | сопротивление связи сдвигу, изгибу и кручению.
| |
Парный моментный потенциал, предназначенный для описания механических свойств графена и других углеродных структур, состоящих из атомов углерода в состоянии [math]sp^2[/math]
гибридизации. В качестве модели атома углерода используется точечное твердое тело. Параметры потенциала выбираются исходя из условия наилучшего соответствия результатов моделирования с известными экспериментальными данными. Также для определения параметров потенциала проводилось молекулярно-динамическое моделирование деформирования и разрушения графена, в ходе которого вычислялись макроскопические характеристики (модуль Юнга, коэффициент Пуассона, прочность, критическая деформация). Потенциал позволяет описать упругие и прочностные характеристики графена в пределах погрешности эксперимента.
