用于模拟长时间冲击波传播的一维移动窗口原子框架

我们开发了一种使用分子动力学（MD）的一维移动窗口框架，用于模拟冲击波通过一维原子链的传播。域被划分为纯原子“窗口”区域（包含冲击波）以及两侧由边界或“连续”区域包围。窗口原子的动力学由经典 MD 运动方程支配，而连续介质冲击条件应用于连续区域原子。通过使用局部施加于连续区域的朗之万恒温器（Langevin thermostat）的阻尼带方法消除伪波反射。移动窗口效应通过向窗口及边界区域添加/移除原子实现，从而冲击波波前无限期聚焦于窗口区域中心。因此，所需域尺寸非常小，使我们能够长时间模拟冲击波传播。我们使用伦纳德-琼斯（Lennard-Jones）、修正莫尔斯（modified Morse）或嵌入原子模型（EAM）原子间势，模拟冲击波通过一维铜原子链。我们首先进行验证研究，分别确保恒温器、势函数与阻尼带方法的恰当实现。接下来，我们追踪传播中的冲击波，并将实际冲击速度与平均粒子速度与其相应的解析输入值比较。从这些比较中，我们针对给定“晶格”取向优化线性冲击雨贡纽（Hugoniot）关系，并将结果与文献比较。当纳入线性冲击方程时，这些新雨贡纽参数被证明可产生静止冲击波波前。最后，我们执行非定常、结构化冲击的一维移动窗口模拟直至数纳秒，并刻画冲击波前宽度的增加。