توسعه روش المان محدود مقياس اتمي بر مبناي شبيه سازي ديناميك مولكولي براي بررسي رفتار مكانيكي گرافن

با توجه به دقت و اعتبار روش‌هاي مبتني بر رفتار اتمي مانند شبيه‌سازي ديناميك مولكولي (MD)، امروزه اين روش‌ها نقش بسيار مهمي در زمينه مدل‌سازي ورقه‌هاي تك لايه گرافن ايفا مي‌كنند. با اين حال، استفاده از اين روش‌ها به دليل هزينه‌هاي محاسباتي بالا تنها محدود به سيستم‌هاي با اندازه كوچك مي‌باشد. علاوه بر اين، با توجه به طبيعت گسسته گرافن، از روش‌هاي مبتني بر مكانيك محيط پيوسته نمي‌توان براي مطالعه ويژگي‌هاي مكانيكي آن استفاده كرد. براي غلبه بر اين مسائل، در اين پژوهش، روش جديد المان محدود در مقياس اتمي (AFEM) براساس پتانسيل ترسوف برنر توسعه داده شده است. بهره‌وري روش پيشنهادي از لحاظ دقت و سرعت با استفاده از يك مثال عددي براي ورق گرافن و مقايسه نتايج با شبيه‌سازي ديناميك مولكولي نشان داده شده است. مقايسه نتايج، نشان‌دهنده دقت بسيار بالاي روش پيشنهادي ميباشد. اين در حالي است كه سرعت اين روش تقريبا 100 برابر روش ديناميك مولكولي است. همچنين براي درك بهتر روش، تاثير عوامل موثري همچون طول اوليه پيوند در ساختار‌هاي غيرتعادلي و نيز تعداد اتم‌ها بر روي سرعت شبيه‌سازي بررسي شده است. لازم به ذكر است كه، تاكنون در تمامي مطالعات انجام شده در حوزه ارزيابي رفتار مكانيكي نانوساختارها بر مبناي روش AFEM، شرايط مرزي دوره‌اي در نظر گرفته نشده است. در همين راستا، براي اعمال شرايط مرزي دوره‌اي در روش AFEM، اين روش، توسعه داده شده است. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهند كه نتايج روش المان محدود مقياس اتمي بدون لحاظ كردن شرايط مرزي دوره‌اي، اختلاف زيادي با نتايج ديناميك مولكولي دارد.