Ключевые слова:
#моделирование
Компьютерное моделирование находит широкое применение в современной полимерной науке. Дисциплина «Методы компьютерного моделирования в задачах физики полимеров» нацелена на углубление понимания процесса компьютерного моделирования полимерных систем на различных масштабах: от полноатомного описания на масштабе отдельной макромолекулы до расчёта измеряемых характеристик образцов полимерных материалов. Рассматривается применение методов молекулярной динамики, Монте-Карло, диссипативной динамики частиц и конечных элементов для решения конкретных задач, возникающих в научно-исследовательской работе. Отдельное внимание уделяется стандартным трудностям и ошибкам, возникающим при составлении моделей, проведении компьютерного эксперимента и анализе получаемых результатов. Теоретические знания, приобретаемые в рамках данного курса, подкрепляются практическими демонстрациями и индивидуальными домашними заданиями, предполагающими использование специализированного программного обеспечения и написание слушателями собственных компьютерных программ.
-
- Основы и особенности компьютерного моделирования на масштабах от атомов до атомарных групп. Выбор масштаба моделирования и подхода в зависимости от задачи.
- Полимерный материал как сплошная среда. Основные уравнения и модели. Энергия образца полимерного материала.
- Численные методы в мезоскопическом и макроскопическом моделировании полимерных материалов. Метод конечных элементов в механике сплошных сред. Вариационная постановка задачи о поведении полимерного материала.
- Реализация метода конечных элементов с использованием языка программирования Python и комплекса библиотек FEniCS. Расчёт механических характеристик и поведения полимерного материала при помощи метода конечных элементов.
- Сходимость и оценка точности численного решения. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными.
- Типичные задачи в рамках метода молекулярной динамики. Создание стартовой конформации. Взаимодействие со стенками ячейки моделирования. Модели воды. Знакомство с программным пакетом GROMACS.
- Типичные задачи огрубленного моделирования. Знакомство с программным пакетом LAMMPS.
- Типичные задачи, решаемые в рамках метода Монте-Карло
- Примеры трудностей и ошибок, возникающих в компьютерном моделировании полимерных систем. Рекомендации по оптимизации, отладке и уточнению компьютерных моделей. Особенности обработки и интерпретации результатов компьютерного эксперимента.
-
Основная литература
- Г. Стренг, Дж. Фикс. "Теория метода конечных элементов". М.: Мир, 1977.
- Л. А. Розин. "Метод конечных элементов в применении к упругим системам". М.: Стройиздат, 1977.
- С.В. Лущекина, С.Д. Варфоломеев, Н.К. Балабаев, "Методы компьютерного моделирования для исследования полимеров и биополимеров". М.: ЛИБРОКОМ, 2009.
- Д. Френкель, Б. Смит, «Принципы компьютерного моделирования молекулярных систем». М.: Научный Мир, 2013.
-
Дополнительная литература
- Kaynak, A. Zolfagharian, S. Nahavandi. (Eds.) "Finite Element Methods in Smart Materials and Polymers". Basel: MDPI, 2020.
- Rao. "The Finite Element Method in Engineering". Oxford: Butterworth-Heinemann, 2018.
- Logg, K. Mardal, G. Wells (Eds.) "Automated Solution of Differential Equations by the Finite Element Method. The FEniCS Book". Heidelberg: Springer Berlin, 2016.
-
Перечень лицензионного и (или) свободно распространяемого программного обеспечения:
- Python 3, CalculiX, FreeFEM++, GROMACS, LAMMPS
-
Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»:
- https://fenicsproject.org/olddocs/dolfin/1.5.0/python/index.html
- https://manual.gromacs.org
- https://docs.lammps.org
