Multiscale modeling of solids at the nanoscale: dynamic approach

ISSN： 1208-6045

Source： Canadian Journal of Physics, Vol.86, Iss.2, 2008-02, pp. : 391-400

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Abstract

One major class of multiscale models directly couples a region described with full atomistic detail to a surrounding region modeled using continuum concepts and finite element methods. Here, the development of a new dynamic approach to such coupled atomistic-continuum models is discussed with insight into the key ideas and features, with emphasis on fundamental difficulties involved in dynamic multiscale models. Simulations of nanoindentation in single crystals are performed to demonstrate the power of the developed method in capturing both long-range dislocation plasticity and short-range atomistic phenomena during single or cyclic loading without the computational cost of full atomistic simulations. The effects of several process variables are investigated, including system temperature and rate of indentation. The deformation mechanisms and the surface evaluation that occur during a series of single and cyclic indentation simulations are discussed. PACS Nos.: 81.07.–b or 73.22.–fUne classe importante des modèles à échelles multiples couple directement une région dont les détails sont complètement atomisés à un environnement modélisé par des concepts continus et la méthode des éléments finis. Ici, nous discutons le développement d’une nouvelle approche dynamique à de tels modèles atomisé/continu en soulignant les idées et les caractéristiques clés et en insistant sur les difficultés fondamentales des systèmes dynamiques à échelles multiples. Nous complétons des simulations de nanoindentation dans des cristaux simples pour illustrer la capacité de la méthode développée ici à décrire à la fois la dislocation plastique à longue distance et les phénomènes d’échelle atomique pendant des cycles de chargement simple, sans payer le prix d’une simulation complète à l’échelle atomique. Nous analysons les effets de plusieurs variables, incluant la température du système et le taux d’indentation. Nous étudions les mécanismes et l’évaluation de la surface qui se produisent pendant une série de simulations d’indentation simples et cycliques. [Traduit par la Rédaction]