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adf:youngsmodulus203

聚合物杨氏模量、屈服点、泊松比计算

本文计算高分子聚合物的杨氏模量等,固体的杨氏模量、体模量、剪切模量、泊松比计算,参考英文教程:https://www.scm.com/doc/Tutorials/OptimizingPerformance/ParallelElasticTensor.html

参考文献:

  • Radue, Jensen, Gowtham, Klimek-McDonald, King and Odegard, J. Polym. Sci. B, 56, 255-264 (2018)

本文以ReaxFF作为范例,其他模块例如机器学习势、DFTB、基于BAND模块则属于AIMD,除了Main的参数设置不同,其他设置完全一致。

模型与参数设置

模型

这里以聚合物为例,本文采用的聚合物结构模型,点击复制粘贴到AMSinput即可

参数设置

这是一个拉伸过程的分子动力学模拟,通过拉伸过程的轨迹,在Movie窗口中去分析杨氏模量和泊松比等。

这里使用考虑色散力的力场CHONSSi-lg.ff 设置步数非常大,200万步,缓慢拉伸,保存轨迹的频率不需要很高,因此设为2000步保存一次 设置温度等 设置压强,注意这里Damping constant设置的非常大,Scale选择YZ,是因为我们将在X方向拉伸,因此YZ方向需要让体系自由变化,从而能够解释泊松收缩 设置拉伸之前,我们检查一下晶格常数,因为是拉伸X方向,拉伸10%左右,因此拉伸目标X长度为37.59793*1.1 = 41.36 Å 拉伸耗时为200万步,即整个过程都在拉伸,并输入X的最终值41.36,Y、Z的值保持0不变,表示这两个方向不拉伸或者压缩

保存作业并运行,这个作业耗时较长,可能需要几天才能完成拉伸的200万步模拟。

结果分析

为了获得具有统计和物理意义的结果,建议对不同起始结构以及所有三个非轴向应变方向的结果进行平均。为了获得参考文献中的高质量结果,需要对5种不同的聚合物结构进行平均,每个结构使用3种压缩应变方式(因此产生15个结果)。

由于分子动力学的随机性,因此您复现时,结果数值可能与下图有差别。

杨氏模量

SCM → Movie,点击右侧默认的能量曲线,del键删除。MD Properties → Young modulus → XX 该图展示了应变-应力数据(散点),横坐标为应变(从0到10%),以及使用线性回归产生的应变-应力平滑曲线,含曲线的线性函数表达式和相应的r2值(括号中的数值,0.132)。其中函数的线性表达式中的系数(此例即3.93×104)即杨氏模量,单位为bar。

参考文献中,还分析了局部数据的杨氏模量。Graph → Analysis → Linear regression,修改Start和End,例如这里计算从0到0.3%应变的杨氏模量: 点击OK,杨氏模量窗口的曲线斜率就不一样了,显示的是在0到0.3%应变范围的杨氏模量。

屈服点

可以使用参考文献中概述的方法计算屈服点,即找到Moving Average线和0.2%偏移线性回归曲线之间的交点。不过需要更多的统计数据才能获得任何有意义的结果,例如参考文献中,使用了5种不同聚合物结构的平均值,每种结构使用3种应变。

泊松比

MD Properties → Poisson’s ratio → XX,即显示泊松比,取yy、zz斜率绝对值的均值,即,泊松比 = 0.5*(0.372+0.331) = 0.352

密度

MD Properties → Density 即可显示体系的密度变化曲线。在特定温度、压强下,逐渐得到稳定值,即该温度压强下,ReaxFF所预测的材料密度。

adf/youngsmodulus203.txt · 最后更改: 2024/06/14 07:45 由 liu.jun

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