一种数值延拓增强的柔性边界条件方案及其在I型和III型断裂中的应用
计算物理
2021-03-10 v2 材料科学
摘要
鉴于使用不反映裂纹尖端运动的静态边界条件进行裂纹扩展原子模拟存在不足，我们扩展了Sinclair的柔性边界条件算法[Philos. Mag. 31, 647-671 (1975)]，提出了一种数值延拓增强的柔性边界(NCFlex)方案，能够通过伪弧长延拓计算裂纹的完整解路径，并给出了一种以几乎不增加计算成本的方式将更详细的远场信息纳入模型的方法。新算法非常适合于研究脆性断裂中晶格捕获势垒的细节，并可纳入密度泛函理论和多尺度量子/经典QM/MM计算。我们用一个二维玩具模型展示了该方法在III型断裂中的应用，并利用真实原子间势对其用于硅的I型断裂的三维研究，突出了新方法相对于相应静态边界条件的优越性。特别是，数值延拓的引入使得用包含几千个原子的真实模型系统获得收敛结果成为可能，且计算每一个新解所需的迭代次数极少。我们还引入了一种以极低代价估计许可应力强度因子范围 的晶格捕获范围的方法，并在玩具模型和真实模型系统上展示了其实用性。
引用
@article{arxiv.2008.12822,
title = {A numerical-continuation-enhanced flexible boundary condition scheme applied to Mode I and Mode III fracture},
author = {Maciej Buze and James R. Kermode},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.12822},
year = {2021}
}
备注
16 pages, 13 figures