ЗІТКНЕННЯ ЧАСТИНОК У ОБМЕЖЕНОМУ ПРОСТОРІ ПРИ АНАЛІЗІ МОЛЕКУЛЯРНИМИ ДИНМІЧНИМИ МЕТОДАМИ

Autor: Ungson, Yamel, Burtseva, Larysa, Garcia-Curiel, Edwin R., Valdez Salas, Benjamin, Flores-Rios, Brenda L., Werner, Frank, Levterov, A. I., Petranovskii, Vitalii
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету; № 83 (2018); 117
Bulletin of Kharkov National Automobile and Highway University; № 83 (2018); 117
Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета; № 83 (2018); 117
ISSN: 2219-5548
Popis: Goal. The objective of this work is to propose a model that allows one to obtain velocity and direction of spherical hard-bodies after a collision, using Molecular Dynamics (MD) methods. Molecular simulations are employed to compute the properties and predict behaviors of solids, liquids and gases; the consideration of collisions between particles is fundamental, since they represent a change of energy in the system. Collisions are also associated with a wide range of applications such as robotics, car traffic safety, videogames, materials science, colloids, among others; some of them can be interpreted as elastic collisions between hard-spheres. Problem. Some algorithms of MD use periodic boundaries, in which the particles can move, instead of a restricted space. However, more realistic applications require algorithms to model collisions in closed spaces. Originality. Equations to model the collision in restricted spaces were developed to obtain the velocities of the spheres that collide with the wall(s) of the container; these formulas are valid when the walls are straight, for example in cylinders and cubes. Methodology. A simulation of a hard-sphere system in a cylinder was developed using the fundamentals of MD and the proposed equations to model collisions, in MATLAB. Properties of the system were computed: the atomic packing fraction (APF), which represents the space occupied by atoms in the container; and the equilibrium structure was characterized by the radial distribution function g(r) (RDF), which is proportional to the probability of finding two atoms separated by the distance r + Dr. Results. The APF of the system was 0.2%, and the frequency of collisions in the equilibrium stage was 2.2810×103Hz, while in the production stage was 1.3995×105Hz. Practical value-This model can be used not only for atoms/molecules that collide, but also for some rigid bodies. In a future work, particle collisions in irregular-shape containers will be modeled since in real systems, the channels are constricted spaces.
Целью настоящей работы является: предложить модель для получения скорости и направлений, когда столкновения сферических твердых тел осуществляется с помощью молекулярной динамики (МД). Молекулярное моделирование используется для вычисления свойств и прогнозирования поведения твердых веществ, жидкостей и газов; рассмотрение коллизий между частицами является фундаментальным, поскольку они ведут к изменению энергии в системе.
Метою цієї роботи є запропонувати модель для отримання швидкості та напрямків, коли зіткнення сферичних твердих тіл здійснюється за допомогою молекулярної динаміки (МД). Молекулярне моделювання використовується для обчислення властивостей та прогнозування поведінки твердих речовин, рідин та газів; розгляд колізій між частинками є фундаментальним, оскільки вони являють собою зміну енергії в системі. Колізії також пов'язані з широким спектром додатків, таких як робототехніка, безпека автомобільного руху, відеоігри, матеріалознавство, колоїди та ін., деякі з них можна інтерпретувати як пружні зіткнення між жорсткими сферами. Деякі алгоритми МД використовують періодичні межі, в яких частки можуть рухатися, а не обмежене простору. Проте для більш реалістичних додатків потрібні алгоритми моделювання колізій у замкнутих просторах. Рівняння для моделювання зіткнення в обмежених просторах були розроблені для отримання швидкостей сфер, які стикаються зі стіною (контейнерами); ці формули справедливі, коли стіни є прямими, наприклад, у циліндрах та кубах. Симуляція системи твердіх сфер в циліндрі була розроблена з використанням основних принципів MD та пропонованих рівнянь для моделювання колізій в MATLAB. Знайдено властивості системи: фракція атомної упаковки (APF), яка представляє простір, зайнятий атомами в контейнері; і рівноважна структура характеризувалася функцією радіального розподілу g(r) (RDF), яка пропорційна ймовірності знаходження двох атомів, розділених відстані r + Dr. APF системи становила 0,2%, а частота зіткнень на стадії рівноваги становила 2,2810 × 103 Гц, тоді як на етапі виробництва 1,3995 × 105 Гц. Ця модель може бути використана не тільки для атомів / молекул, які стикаються, але також для деяких твердих тіл. У подальшій роботі зіткнення частинок у контейнерах з неправильною формою будуть моделюватися, оскільки в реальних системах канали є стисненими просторами.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: