Dynamic Multiscale Modeling of Crystal Structures with Applications to Polymorphic and Ultra-high Temperature Ceramics
Notice bibliographique
Résumé
Certain materials exhibit complex behavior explained by nanoscale kinetics of reconstructive polymorphic nature. The scales of such materials are inherently multiscale from atomistic to continuum domains. Concurrent multiscale approaches provide a feasible solution to the taxing power demand of conventional atomistic-based models. The recent work of the Bridging Cell Method (BCM) has shown great acumen in addressing current limitations that plague such classes of multiscale models. However, BCM relies on the Atomic-scale Finite Element (AFE) framework, which is a static-based formulation. Also, a lack of statistical thermodynamic consistency makes comparison to molecular dynamics (MD) results challenging. The BCM relies on temperature-based potential to enforce thermal effect in the simulation instead of thermostats. In parallel, atomic description of its embedded structure has always relied on simplified parameterization that cannot extract atomic features (e.g. dislocations, crack tips, crystal phases, etc.) for complex, non-monoatomic materials with varying space groups under the same crystal group. The objective of this work comes into two main folds: to develop of set of parameter capable of extracting atomic features of interest for complex crystalline systems and formulate a generalized dynamic model of the BCM for mechanical characterization of arbitrary atomic-continuum structures. To achieve those objectives, a set of parameters based on the Common Neighborhood Parameter (CNP) has been introduced with a focus to complex, non-monoatomic crystalline structures. Also, a dynamic formulation to the finite-element based BCM has been developed for those structures under a microcanonical ensemble consistency with a new set of representative elements, dubbed the Dynamic Atomic-scale Finite Element (DAFE) framework. Case studies are then presented first for the characterization parameters to show their efficiency for fine atomic feature extraction. Also, the new dynamic model is portrayed in simulations with a tensile and a fracture around a void. Next, the set of formulations is applied to phase transformation of Anatase to Rutile along the critical transformation planes to characterize the mechanics of transformation and mechanical property of the polymorphic ceramic. This has allowed an investigation of the temperature effect on Anatase’s stability from nanoscale while obtaining the product’s elastic modulus upon the plane of transformation.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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