多尺度相互作用粒子系统的动力学特性
发布时间：2021-11-19 13:07
近年来,多尺度问题由于其广阔的研究空间和丰富的科学内涵引起了越来越多科研工作者的广泛关注,已成为一个极具挑战性的研究领域。多尺度现象在自然科学、生物科学、生态系统与环境、图形处理、人类视觉、气象科学、近代工业以及社会科学等诸多领域的科学研究中广泛存在。在当下成熟的实验环境和科学技术下,多尺度现象在宏观物质、介观物质以及微观物质中,在物理学、材料科学、化学、生物甚至是生命科学等交叉学科领域都得到了广泛的运用。多尺度科学是一门跨学科科学,它主要研究不同空间或时间尺度相互耦合的现象,是复杂系统的重要分支。利用多尺度来研究非平衡态的动力学行为是软物质领域的研究热点,特别是多尺度相互作用系统的动力学有序结构的起源对于揭示生物系统的活性起源有重要的参考价值。本文第一章对多尺度现象和多尺度相互作用粒子系统进行了描述。多尺度科学及其在各领域里的应用等也包括于此。第二章综述了具有竞争排斥+吸引相互作用粒子系统的动力学研究进展。首先,对具有竞争排斥+吸引相互作用的带电粒子系统进行了描述。其次对具有竞争排斥+吸引相互作用的磁化粒子系统进行了描述。然后,利用朗之万分子动力学,数值模拟了无序钉扎衬底上单层排斥磁...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国中原地区冬季温度变化
多尺度相互作用粒子系统2图1.2物质空间尺寸的层次化、流动、最后凝固的过程的物理机制进行了模拟分析，最后在宏观尺度上利用了有限元的方法对增材制造的全过程进行了热力学模拟仿真的实现[2]。基于以上多尺度的模拟仿真所得到的数据，闫文韬等人对于多尺度、多物理场这一过程提出了一种结构一体化的增材制造的整体框架，完美实现了监控系统的闭环控制[3,4]。在此种分类中，介于纳米级和毫米级之间的介观尺度的问题是最为困难，也是最值得人们进行更深层次研究的方向。尤其在凝聚态物理中应用最为广泛。介观体系表现的有微观尺度的属性特征，也有宏观尺度的尺寸特征。介于经典物理的宏观尺度与量子物理的微观尺度质之间的介尺度物理在近年来科学研究中是一个新的领域，在微观尺度中所观察到的诸多物理现象具体呈现在宏观尺度的研究中。因此，量子、经典与统计物理在解决介观尺度的问题中起着至关重要的作用。从单一尺度的研究到复杂系统的认识，介观尺度问题已经成为了当下科学界研究的热点问题。对于微小器件的开发，介观尺度问题的研究使其从微小到更小成为了可能，具体表现在电脑器件和手机晶片的最小化方面。介观物理为量子器件的研究制作提供了广阔的思路，为集成电路的更小化打下了坚实的理论基矗在客观世界中，多尺度在图文处理、视觉领域（包括人类视觉和计算机视觉）中得到了广泛的应用，多尺度理论应用的最早的案例是在解决医学医疗诊断方
多尺度相互作用粒子系统3面和识别光学字符的实际问题。空间尺度的研究在科学界的各个领域都有所涉及。时间尺度和空间尺度组成的跨尺度的时空多尺度的研究，更是使各界科学家们趋之若鹜。如图1.3所示是经典分子动力学的时间尺度和空间尺度的关系。图1.3经典分子动力学的时间和空间的尺度关系多尺度相互作用系统是一种复杂系统，是指在分子动力学系统中，运用不同长度尺度的相互作用势函数对系统中的粒子产生竞争，从而发现一些物理现象与规律。其中活性系统是一种复杂系统，也是一种多尺度相互作用系统。在以往的研究中，大部分研究只注重单尺度相互作用（单相互作用势）粒子系统的研究[5-9]。Reichhardt等人利用朗之万分子动力学模拟了单尺度屏蔽库仑相互作用粒子系统在正方形和三角形的二维周期性衬底上的有序化和熔化，发现并获得多种类似于分子晶体的新颖胶体晶体态，Reichhardt等人称之为胶体分子晶体[10]。他们也尝试性研究了无序衬底上单尺度屏蔽库仑相互作用粒子系统的动力学特性[11]。曹义刚等人[5]系统研究了无序钉扎衬底上单尺度屏蔽库仑相互作用粒子系统的动力学特性，并首次考虑了温度的影响，发现了在高驱动力下从运动近晶相到运动液体相的动态熔化转变。近年来，多尺度相互作用粒子系统被广泛研究，特别是单层双尺度相互作用粒子系统的物理特性和物理规律等已经成为了科研工作者们研究的热点。例如，陈江星等人[12]对具有短程吸引+长程排斥的受驱动胶体系统进行了动力学研究，发现了团簇的生长-熔化过程。他们还在强外力作用下研究了钉扎中心密度和温度的影响。曹停停等人[13]对无序钉扎衬底上单层磁化胶体粒子系统的脱钉特性进行了研究，发现在脱钉点以上存在运动生命岛状结构，并指出胶粒之间的吸引
【参考文献】：
期刊论文
[1]多尺度模拟与计算研究进展[J]. 张廼龙,郭小明. 计算力学学报. 2011(S1)
[2]多尺度科学的研究进展[J]. 柴立和. 化学进展. 2005(02)
[3]离散元与有限元结合的多尺度方法及其应用[J]. 胥建龙,唐志平. 计算物理. 2003(06)
[4]湍流计算的多尺度模型与尺度间相互作用规律[J]. 高智. 自然科学进展. 2003(11)
[5]多尺度非均质多孔介质模拟及参数灵敏度分析[J]. 张勇,G.E.Fogg. 中国科学E辑:技术科学. 2003(09)
[6]弹塑性复合材料多尺度计算的模型与算法研究[J]. 张洪武,王鲲鹏. 复合材料学报. 2003(01)
[7]材料物性的多尺度关联与数值模拟[J]. 曹礼群. 世界科技研究与发展. 2002(06)
[8]多尺度有限差分方法求解波动方程[J]. 马坚伟,朱亚平,杨慧珠,徐新生. 计算力学学报. 2002(04)
[9]复杂系统对流-扩散问题的多尺度关联模式与数值模拟[J]. 罗剑兰,曹礼群. 工程热物理学报. 2002(05)
[10]化学化工中结构的多层次和多尺度研究方法[J]. 胡英,刘洪来,叶汝强. 大学化学. 2002(01)
本文编号：3505105
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国中原地区冬季温度变化
多尺度相互作用粒子系统2图1.2物质空间尺寸的层次化、流动、最后凝固的过程的物理机制进行了模拟分析，最后在宏观尺度上利用了有限元的方法对增材制造的全过程进行了热力学模拟仿真的实现[2]。基于以上多尺度的模拟仿真所得到的数据，闫文韬等人对于多尺度、多物理场这一过程提出了一种结构一体化的增材制造的整体框架，完美实现了监控系统的闭环控制[3,4]。在此种分类中，介于纳米级和毫米级之间的介观尺度的问题是最为困难，也是最值得人们进行更深层次研究的方向。尤其在凝聚态物理中应用最为广泛。介观体系表现的有微观尺度的属性特征，也有宏观尺度的尺寸特征。介于经典物理的宏观尺度与量子物理的微观尺度质之间的介尺度物理在近年来科学研究中是一个新的领域，在微观尺度中所观察到的诸多物理现象具体呈现在宏观尺度的研究中。因此，量子、经典与统计物理在解决介观尺度的问题中起着至关重要的作用。从单一尺度的研究到复杂系统的认识，介观尺度问题已经成为了当下科学界研究的热点问题。对于微小器件的开发，介观尺度问题的研究使其从微小到更小成为了可能，具体表现在电脑器件和手机晶片的最小化方面。介观物理为量子器件的研究制作提供了广阔的思路，为集成电路的更小化打下了坚实的理论基矗在客观世界中，多尺度在图文处理、视觉领域（包括人类视觉和计算机视觉）中得到了广泛的应用，多尺度理论应用的最早的案例是在解决医学医疗诊断方
多尺度相互作用粒子系统3面和识别光学字符的实际问题。空间尺度的研究在科学界的各个领域都有所涉及。时间尺度和空间尺度组成的跨尺度的时空多尺度的研究，更是使各界科学家们趋之若鹜。如图1.3所示是经典分子动力学的时间尺度和空间尺度的关系。图1.3经典分子动力学的时间和空间的尺度关系多尺度相互作用系统是一种复杂系统，是指在分子动力学系统中，运用不同长度尺度的相互作用势函数对系统中的粒子产生竞争，从而发现一些物理现象与规律。其中活性系统是一种复杂系统，也是一种多尺度相互作用系统。在以往的研究中，大部分研究只注重单尺度相互作用（单相互作用势）粒子系统的研究[5-9]。Reichhardt等人利用朗之万分子动力学模拟了单尺度屏蔽库仑相互作用粒子系统在正方形和三角形的二维周期性衬底上的有序化和熔化，发现并获得多种类似于分子晶体的新颖胶体晶体态，Reichhardt等人称之为胶体分子晶体[10]。他们也尝试性研究了无序衬底上单尺度屏蔽库仑相互作用粒子系统的动力学特性[11]。曹义刚等人[5]系统研究了无序钉扎衬底上单尺度屏蔽库仑相互作用粒子系统的动力学特性，并首次考虑了温度的影响，发现了在高驱动力下从运动近晶相到运动液体相的动态熔化转变。近年来，多尺度相互作用粒子系统被广泛研究，特别是单层双尺度相互作用粒子系统的物理特性和物理规律等已经成为了科研工作者们研究的热点。例如，陈江星等人[12]对具有短程吸引+长程排斥的受驱动胶体系统进行了动力学研究，发现了团簇的生长-熔化过程。他们还在强外力作用下研究了钉扎中心密度和温度的影响。曹停停等人[13]对无序钉扎衬底上单层磁化胶体粒子系统的脱钉特性进行了研究，发现在脱钉点以上存在运动生命岛状结构，并指出胶粒之间的吸引
【参考文献】：
期刊论文
[1]多尺度模拟与计算研究进展[J]. 张廼龙,郭小明. 计算力学学报. 2011(S1)
[2]多尺度科学的研究进展[J]. 柴立和. 化学进展. 2005(02)
[3]离散元与有限元结合的多尺度方法及其应用[J]. 胥建龙,唐志平. 计算物理. 2003(06)
[4]湍流计算的多尺度模型与尺度间相互作用规律[J]. 高智. 自然科学进展. 2003(11)
[5]多尺度非均质多孔介质模拟及参数灵敏度分析[J]. 张勇,G.E.Fogg. 中国科学E辑:技术科学. 2003(09)
[6]弹塑性复合材料多尺度计算的模型与算法研究[J]. 张洪武,王鲲鹏. 复合材料学报. 2003(01)
[7]材料物性的多尺度关联与数值模拟[J]. 曹礼群. 世界科技研究与发展. 2002(06)
[8]多尺度有限差分方法求解波动方程[J]. 马坚伟,朱亚平,杨慧珠,徐新生. 计算力学学报. 2002(04)
[9]复杂系统对流-扩散问题的多尺度关联模式与数值模拟[J]. 罗剑兰,曹礼群. 工程热物理学报. 2002(05)
[10]化学化工中结构的多层次和多尺度研究方法[J]. 胡英,刘洪来,叶汝强. 大学化学. 2002(01)
本文编号：3505105
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