Material failure behavior is generally dependent on loading rate. Especially in brittle and quasi-brittle materials, rate dependent material behavior can be significant. Empirical formulations are often used to predict the rate dependency, but such methods depend on extensive experimental works and are limited by practical constraints of physical testing. Numerical simulation can be an effective means for extracting knowledge about rate dependent behavior and for complementing the results obtained by testing. In this paper, the failure behavior of a brittle material under different loading rates is simulated by molecular dynamics analysis. A notched specimen is modeled by sub-million particles with a normalization scheme. Lennard-Jones potential is used to describe the interparticle force. Numerical simulations are performed with six different loading rates in a direct tensile test, where the loading velocity is normalized to the ratio of the pseudo-sonic speed. As a consequence, dynamic features are achieved from the numerical experiments. Remarkable failure characteristics, such as crack surface interaction/crack arrest, branching, and void nucleation, vary in case of the six loading cases. These characteristics are interpreted by the energy concept approach. This study provides insight into the change in dynamic failure mechanism under different loading rates.
Computer simulation tools mainly used for polymer materials and polymeric membranes are divided into various fields depending on the size of the object to be simulated and the time to be simulated. The computer simulations introduced in this review are classified into three categories: Quantum mechanics (QM), molecular dynamics (MD), and mesoscale modeling, which are mainly used in computational material chemistry. The computer simulation used in polymer research has different research target for each kind of computational simulation. Quantum mechanics deals with microscopic phenomena such as molecules, atoms, and electrons to study small-sized phenomena, molecular dynamics calculates the movement of atoms and molecules calculated by Newton's equation of motion when a potential or force of is given, and mesoscale simulation is a study to determine macroscopically by reducing the computation time with large molecules by forming beads by grouping atoms together. In this review, various computer simulation programs mainly used for polymers and polymeric membranes divided into the three types classified above will be introduced according to each feature and field of use.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.4
s.175
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pp.830-838
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2000
The paper addresses an application of molecular dynamics technique for fracture mechanics. Molecular dynamics simulation is an atomistic approach, while typical numerical methods such as finite element methods are macroscopic. Using the potential functions, which express the energy of a molecular system, a virtual specimen with molecules is set up and the trajectory of every molecule can be calculated by Newton's equation of motion. Several three-dimensional models with various types of cracks are considered. The stress intensity factors, the sizes of plastic zone as well as the dislocation emission are sought to be compared with the analytical solutions, which result in good agreement.
Recent advances in scientific computing enable the full atomistic simulation of DNA molecules. However, there exists length and time scale limitations in molecular dynamics (MD) simulation for large DNA molecules. In this work, a two-level homogenization of DNA molecules is proposed. A wavelet projection method is first introduced to form a coarse-grained DNA molecule represented with superatoms. The coarsened MD model offers a simplified molecular structure for the continuum description of DNA molecules. The coarsened DNA molecular structure is then homogenized into a three-dimensional beam with embedded molecular properties. The methods to determine the elasticity constants in the continuum model are also presented. The proposed continuum model is adopted for the study of mechanical behavior of DNA loop.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.2
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pp.45-50
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2008
Molecular flows inside a guide block in the OLED(organic luminescent emitting device) deposition process have been simulated using DSMC(direct simulation Monte Carlo) method. Because the organic materials are evaporated under vacuum, molecules flow at a high Knudsen number of the free molecular regime, where the continuum mechanics is not valid. A guide block is designed as a part of the linear cell source to transport the evaporated materials to a deposition chamber, When solving the flows, the inlet boundary condition is proved to affect significantly the whole flow pattern. Thus, it is proposed that the pressure should be specified at the inlet. From the analysis of the density distributions at the nozzle exit of the guide block, it is shown that the longer nozzle can emit molecules more straightly. Finally, a nondimensionalized mass flow profile is obtained by numerical experiments, where various nozzle widths and inlet pressures are tested.
Molecular dynamics simulation of nanolithography by AFM is conducted to study nucleation of various defects, and their subsequent development and interactions as well. During nanolithography via AFM, dislocation loops are emitted along the top surface, and resourceful defect interactions such as, formation of voids chain via the motion of a jog, and creations of extended nodes and Lomer-Cottrell Lock are observed.
Stabilities and structures of resorcinol formaldehyde resins (RF resins) and their dependence on solvent were studied by molecular mechanics and molecular dynamics. Dimers to decamers of the RF resins in the conditions of dielectric constant = 1.00, 21.01, 36.64, and 80.10 were calculated. The average distance between oxygen atoms in 1-hydroxyl groups of adjacent resorcinols of the resins became longer with increased dielectric constant of the environment. The number of intramolecular hydrogen bonds of the resins decreased by increasing the dielectric constant of the environment. The RF resin structure on the surface of fabric or steel cord was explained based on the present calculation.
Jo, Du Ho;Lee, Seong Gwang;Kim, Beom Tae;No, Gyeong Tae
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.22
no.4
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pp.388-394
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2001
Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR) have been established of 57 fluorovinyloxyacetamides compounds to correlate and predict EC50 values. Genetic algorithm (GA) and multiple linear regression analysis were used to select the descriptors and to generate the equations that relate the structural features to the biological activities. This equation consists of three descriptors calculated from the molecular structures with molecular mechanics and quantum-chemical methods. The results of MLR and GA show that dipole moment of z-axis, radius of gyration and logP play an important role in growth inhibition of barnyard grass.
Extensive search over the energy surface of bicyclo[4.2.2]decapentaene with MMP2 molecular mechanics method and AM1 semiempirical MO method revealed only one, deep energy minimum structure, which corresponds to 1. The alternative structure 2 could not be identified as a stationary point. Although the deviation of benzenoid ring from planarity is large in the energy minimum structure (${\phi} = 26^{\circ}$(MMP2), $37^{circ}$ (AM1)), the bond lengths show no severe alternation.
To efficiently demonstrate the molecular motion, physical properties, and mechanical properties of polycarbonates, we studied the differences between bisphenol-A polycarbonate(BPA-PC) and tetramethyl bisphenol-A-polycarbonate(TMBPA-PC) using molecular modeling techniques. To investigate the conformations of BPA-PC and TMBPA-PC and the effect of the conformation on mechanical properties, we performed conformational energy calculation, molecular dynamics calculation, and stress-strain curves based on molecular mechanics method. From the result obtained from conformational energy calculations of each segment, the molecular motions of the carbonate and the phenylene group in BPA-PC were seen to be more vigorous and have lower restriction to mobility than those in TMBPA-PC, respectively. In addition, from the results of radial distribution function, velocity autocorrelation function, and power spectrum, BPA-PC appeared to have higher diffusion constant than TMBPA-PC and is easier to have various conformations because of the less severe restrictions in molecular motion. The result of stress-strain calculation for TMBPA-PC seemed to be in accordance with the experimental value of strain-to-failure ∼4%. From these results of conformational energy calculations of segments, molecular dynamics, and mechanical properties, it can be concluded that TMBPA-PC has higher modulus and brittleness than BPA-PC because the former has no efficient relaxation mode against the external deformations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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