توسعه روش المان محدود مقیاس اتمی بر مبنای شبیه سازی دینامیک مولکولی برای بررسی رفتار مکانیکی گرافن

با توجه به دقت و اعتبار روش های مبتنی بر رفتار اتمی مانند شبیه سازی دینامیک مولکولی (md)، امروزه این روش ها نقش بسیار مهمی در زمینه مدل سازی ورقه های تک لایه گرافن ایفا می کنند. با این حال، استفاده از این روش ها به دلیل هزینه های محاسباتی بالا تنها محدود به سیستم های با اندازه کوچک می باشد. علاوه بر این، با توجه به طبیعت گسسته گرافن، از روش های مبتنی بر مکانیک محیط پیوسته نمی توان برای مطالعه ویژگی های مکانیکی آن استفاده کرد. برای غلبه بر این مسائل، در این پژوهش، روش جدید المان محدود در مقیاس اتمی (afem) براساس پتانسیل ترسوف- برنر توسعه داده شده است. بهره وری روش پیشنهادی از لحاظ دقت و سرعت با استفاده از یک مثال عددی برای ورق گرافن و مقایسه نتایج با شبیه سازی دینامیک مولکولی نشان داده شده است. مقایسه نتایج، نشان دهنده دقت بسیار بالای روش پیشنهادی می-باشد. این در حالی است که سرعت این روش تقریبا 100 برابر روش دینامیک مولکولی است. همچنین برای درک بهتر روش، تاثیر عوامل موثری همچون طول اولیه پیوند در ساختار های غیرتعادلی و نیز تعداد اتم ها بر روی سرعت شبیه سازی بررسی شده است. لازم به ذکر است که، تاکنون در تمامی مطالعات انجام شده در حوزه ارزیابی رفتار مکانیکی نانوساختارها بر مبنای روش afem، شرایط مرزی دوره ای در نظر گرفته نشده است. در همین راستا، برای اعمال شرایط مرزی دوره ای در روش afem، این روش، توسعه داده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که نتایج روش المان محدود مقیاس اتمی بدون لحاظ کردن شرایط مرزی دوره ای، اختلاف زیادی با نتایج دینامیک مولکولی دارد.