116
материала и твердой фазы. Рассмотрим оба названных случая в
контексте применения метода молекулярного моделирования.
Модельным объектом в данном случае является достаточно
толстый (имеющий толщину в десятки характерных молекулярных
размеров) гидродинамический слой, полностью разделяющий
твердые поверхности пары трения. Для
такого объекта с помощью
моделирования можно было бы найти ответы на следующие вопросы:
- какова надмолекулярная организация слоя с учетом природы его
компонентов (базовой жидкостной основы и функциональных
присадок);
- каковы кинетические параметры процесса надмолекулярной
самоорганизации;
- каковы реологические особенности течения слоя.
Расчеты по анализу гидродинамического смазочного слоя
проводились авторами настоящей работы с помощью пакета
программ для молекулярно-динамического моделирования Hyper
Chemistry, который представляет собой наиболее развитый, быстрый
и теоретически обоснованный на настоящий момент пакет программ.
Для молекулярной оптимизации веществ был применен алгоритм MM+.
Схема молекулярно - динамического
расчета молекулярной
системы состояла из следующих шагов:
- минимизация молекул — 100 - 500 шагов;
- разогрев системы до 300
К;
- выход системы на равновесное состояние;
- расчет молекулярно - динамической траектории, при прохождении
которой система релаксирует.
117
Запись координат проводится после каждого шага; по
полученным траекториям можно анализировать поведение системы
во времени. При выходе системы на равновесное состояние в конце
траектории получают геометрические и энергетические параметры
системы.
Для моделирования течения наперёд
заданного объема
исследуемого вещества был применен метод, основанный на
решении классических уравнений динамики (уравнений Ньютона)
[5]. На первом этапе моделирования задается некоторое начальное
распределение
частиц
в
пространстве
(исходная
структура
материала)
и
начальное
распределение
скоростей
частиц
(механическое и тепловое движение системы в исходном состоянии).
Происходит
генерация
начальных
условий
на
макро-
и
микроуровнях.
Далее
на
макроскопическом
уровне
задается
размер
пространственной
ячейки,
в
которой
будут
производиться
вычисления (L
x
, L
y
, L
z
), форма объектов моделирования и их
макроскопические скорости. Под макроскопической скоростью
понимается либо скорость движения исследуемого объема, либо
средняя
скорость
течения
выделенного
слоя
объема.
На
микроскопическом уровне задаются вид упаковки частиц (структура
материала) и скорости хаотического движения (тепловое движение).
Скорость
каждой
частицы
в
начальный
момент
времени
складывается
из
макроскопической
скорости
и
случайной
компоненты, получаемой при помощи генератора случайных чисел.
Необходимо
отметить, что траектории движения частиц должны
118
генерироваться в заданном ансамбле в соответствии с теми
термодинамическими условиями, в которых изучается система.
Реальные системы содержат
25
23
10
10
N
частиц. В то же время
количество частиц, которое можно изучать в методе молекулярной
динамики, обычно составляет
5
3
10
10
.
Если система ограничена
жесткими стенками, то возникающие при этом граничные эффекты
могут
вносить
значительный
вклад
в
формирование
макроскопических потоков, что усложняет процесс моделирования.
Такое влияние граничных зон в случае задачи гидродинамического
слоя желательно было устранить, что стало возможным при
использовании периодических граничных условий. Для нашего
случая
было принято решение, чтобы размеры ячейки, по крайней
мере, в два раза превышали размер исследуемой системы во
избежание взаимодействия
Do'stlaringiz bilan baham: