Механики XXI веку №15 2016

Механики XXI веку. №15 2016 г.

248

УДК 51-72; 51-74; 621.039

Молекулярно-динамическое моделирование в машиностроении

Бондин А.В.

, Хлыстов А.Н.

Братский государственный университет, Макаренко, 40. Братск, 665709, Россия

darktony94@gmail.com

alexey.khlystov@gmail.com

Ключевые слова:

моделирование и компьютерная визуализация, металлические фазы, тип

кристаллической решетки, атомный радиус, комбинированная электроалмазная обработка, алмазное

зерно.

Данная работа посвящена компьютерной молекулярно-динамической визуализации контактирующих

поверхностей при электроалмазной обработке. В работе использованы методы молекулярной динамики для

визуализации динамических, скоротечных событий, в которых преобладают процессы невозможные для на-

блюдения никакими иными инструментальными средствами. Учёные используют эти методы при описании

диффузионных процессов в примесях и сплавах, описании всевозможных дефектов кристаллического строения

материалов, а также фазовых превращений в твёрдом веществе под воздействием факторов высокой темпе-

ратуры и давления. Знание причин возникновения подобных превращений позволит намного точнее проектиро-

вать изделия, производимые машиностроительным комплексом, с учётом физико-механических свойств, как

современных наноматериалов (конструкционных и функциональных), так и тех материалов, которые будут

проектироваться в ближайшем будущем. А формирование на основе цифровых, компьютерных моделей физи-

ческих и технологических процессов их обработки позволит более эффективно управлять жизненным циклом

предоставляемых товаров и услуг.

Согласно Концепции долгосрочного социально экономического развития Российской Феде-

рации – основным направлением, реализующим технологический прогресс машиностроительного

комплекса, является развитие существующих и разработка новых технологий обработки материалов с

повышенными характеристиками и соединение их с информационными технологиями для получения

интеллектуального машиностроения. Наиболее перспективным инструментом для подобного синтеза

– информационных технологий и машиностроения является компьютерное моделирование

методами

молекулярной динамики (МД)

Основным техническим параметром, определяющим количественные, качественные и стои-

мостные характеристики современных машиностроительных проектов является возможность прове-

дения виртуального эксперимента. Это значительно дешевле, безопаснее и эффективнее физического

эксперимента. И, если в стремительно развивающейся индустрии

быстрого прототипирования,

Rapid Prototyping (RP)

, одним из ключевых критериев является возможность визуализации модели в

материале, то в МД-моделировании критерием будет возможность визуализации атомного строения

этого материала в модели. Если RP-модели предоставляют возможность проведения особых экспе-

риментов, которые в реальном мире не провести, то МД-модели дают возможность проведения экс-

периментов над атомной структурой самого материала. Однако при проведении исследований в этой

области было выявлено [1-7], что наиболее важным критерием при МД-визуализации является не

столько пакет программ, при помощи которых будет получен конечный результат, сколько техниче-

ское знание и понимание физических процессов, грамотность выбора начальной конфигурации про-

ектируемой металлической системы.

Значит, если часть технологических задач относится к творческим задачам, слабо поддаю-

щихся формализации, то и алгоритмы их решения будут являться приближёнными и субъективными.

Последовательное решение этих задач, нахождение методов их решения [8, 9], определение законо-

мерностей, уточнение имеющихся математических моделей а главное, доступность применения МД-

методов на любом домашнем компьютере, позволит значительно расширить не только область их

применения в машиностроении, но и позволит более углубленно проектировать изделия, материалы и

технологии [10-14].

Однако существует не так много пакетов научных и прикладных программ общего пользова-

ния и практически все из них предназначены для МД-моделирования биологических структур. Из-за

этой специфики все они не подходят для машиностроительных целей. Работа с ними затруднена вы-

числениями, связанными с электрическими взаимодействиями в моделируемой системе, что в свою

очередь требует использования мощных процессоров. Анализ показал, что из существующих про-

граммных продуктов для 3D-анимации, моделирования, рендеринга и композитинга, можно исполь-

зовать свободный проект с открытым исходным кодом

Blender

. В этой программе становится воз-