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首页> 外文期刊>Modelling and simulation in materials science and engineering >Parallel algorithm for multiscale atomistic/continuum simulations using LAMMPS
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Parallel algorithm for multiscale atomistic/continuum simulations using LAMMPS

机译：使用LAMMPS的多尺度原子/连续体仿真的并行算法

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Deformation and fracture processes in engineering materials often require simultaneous descriptions over a range of length and time scales, with each scale using a different computational technique. Here we present a high-performance parallel 3D computing framework for executing large multiscale studies that couple an atomic domain, modeled using molecular dynamics and a continuum domain, modeled using explicit finite elements. We use the robust Coupled Atomistic/Discrete-Dislocation (CADD) displacement-coupling method, but without the transfer of dislocations between atoms and continuum. The main purpose of the work is to provide a multiscale implementation within an existing large-scale parallel molecular dynamics code (LAMMPS) that enables use of all the tools associated with this popular open-source code, while extending CADD-type coupling to 3D. Validation of the implementation includes the demonstration of (i) stability in finite-temperature dynamics using Langevin dynamics, (ii) elimination of wave reflections due to large dynamic events occurring in the MD region and (iii) the absence of spurious forces acting on dislocations due to the MD/FE coupling, for dislocations further than 10 angstrom from the coupling boundary. A first non-trivial example application of dislocation glide and bowing around obstacles is shown, for dislocation lengths of similar to 50 nm using fewer than 1 000 000 atoms but reproducing results of extremely large atomistic simulations at much lower computational cost.
机译：工程材料中的变形和断裂过程通常需要在长度和时间范围内同时进行描述，每个范围都使用不同的计算技术。在这里，我们提出了一种高性能的并行3D计算框架，用于执行大型多尺度研究，该研究将使用分子动力学建模的原子域和使用显式有限元建模的连续域耦合。我们使用健壮的原子/离散位错耦合（CADD）位移耦合方法，但没有在原子和连续体之间转移位错。这项工作的主要目的是在现有的大规模并行分子动力学代码（LAMMPS）中提供一种多尺度实现，该代码可以使用与此流行的开源代码相关的所有工具，同时将CADD类型的耦合扩展到3D。实施的验证包括（i）使用Langevin动力学在有限温度动力学中的稳定性;（ii）消除由于MD区域中发生的大型动力学事件引起的波反射;以及（iii）没有对位错起作用的杂散力由于MD / FE耦合，对于距耦合边界10埃以上的位错。显示了位错滑行和障碍物弯曲的第一个非平凡的示例性应用，对于使用少于1000000个原子的，类似于50 nm的位错长度，却以低得多的计算成本再现了非常大的原子模拟的结果。

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