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Study of interplay between structure and flow in embedded-atom systems
Stankovic, Igor
Wir benutzen ein einfaches Embedded-Atom-Potential, um das mechanische Verhalten, den Verschleiß und strukturelle Veränderungen an Grenzflächen von Modell-Metallen zu untersuchen. Die Embedded-Atom-Methode wird "EAM" bezeichnet, und hier verwendete generische Modell mit "GEAM". Die Zustandsgrößen realer Metalle - wie etwa Bindungsenergie, Elastizitätskonstanten und Lösungswärme - werden durch einige wenige Modellparameter wiedergegeben. Das Modellmetall wird mit Molekulardynamik-Computer-Simulationen (MD) untersucht und in Nichtgleichgewichts-Molekulardynamik-Computer-Simulationen (NEMD) einer Scherdeformation ausgesetzt. Voraussagen für mechanische und strukturelle Eigenschaften werden mit Resultaten für spezifische Metalle verglichen. Dieser Vergleich lässt Rückschlüsse über den Einfluss der Modellparameter auf die beobachtete Größen zu. Die Mechanismen, die zu mechanischer Legierung führen, werden beobachtet und diskutiert. Informationen über die Kristallstruktur innerhalb der NEMD-Konfigurationen erhalten wir mittels Durchführung einer Analyse der gemeinsamen Nachbarn, die auf ebenen Graphen basiert. Die Methode für nicht volumeneingeschränkte Metalle wird dahingehend verändert, dass mit ihr auch Strukturen in porösen Metallen untersucht werden können. Diese Veränderung besteht in einem kontrollierten Versatz zwischen allgemeiner Teilchenzahldichte und der bevorzugten Einbettungsdichte. Der Phasenübergang der EAM-Teilchen von einer homogenen Konfiguration zur porösen Struktur wird mithilfe von MD Simulationen nachvollzogen. Die zeitliche Entwicklung dieser Strukturen wird mithilfe von Schnappschüssen der Konfiguration sowie von Volumen- und Oberflächenanalysen untersucht. Die EAM-Strukturen werden benutzt, um die Diffusion eines Gases aus kurzreichweitig attraktiven bzw. repulsiven Teilchen in einem porösen Medium zu simulieren. Des weiteren präsentieren wir Simulationen zu Zeitentwicklung und Materialfluss von EAM-Teilchen in einer freistehenden Wand.
The embedded atom method (EAM) is applied to study mechanical behavior, wear, and structural changes at model metal interfaces. The main constitutive properties of real metals, i.e. cohesive energy, elastic constants, and heat of solution, are reproduced by a set of a few basic model potentials as revealed by the analytic considerations. The model metal is subjected to the shear deformation and the strong flow via non-equilibrium molecular dynamics computer (NEMD) simulations in order to discuss the origins of some qualitative properties observed in more specific embedded atom potentials. The mechanisms leading to the mechanical alloying at the interfaces are observed and discussed. Information about the crystal structure inside the NEMD configurations is obtained with common neighbor analysis, based on planar graphs. Further, the EAM for bulk metals is modified to study structures in porous metals. The modification concerns controlled mismatch between overall number density and preferred embedding density. Molecular dynamics simulations are used to follow the phase separation of EAM particles evolving from a homogenous configuration into the porous structure. Evolution of the structure with the time is studied using snapshots of the configurations, volume and surface analysis. The EAM porous structures are applied to study diffusion of a gas of short range attractive and repulsive particles in the porous media. Simulations of the evolution and drain in a single wall single wall of EAM particles with different values of the cohesive and surface energies is also presented.
