Detection of void nucleation, coalescense and collapse in atomistic simulations

Извлечение необходимой информации из атомных конфигураций имеет решающее значение для эффективного использования молекулярно-динамического (МД) моделирования, а автоматизация этого процесса позволяет собирать статистические данные для разработки и проверки физических моделей и подходов, основанных на данных. Здесь мы дополняем ранее разработанный алгоритм поиска пор возможностью автоматического обнаружения событий нуклеации, коллапса и коалесценции пустот путём сравнения пар атомных конфигураций. Мы рассчитываем матрицу пересечений, которая показывает общие области между пустотами текущего и предыдущего временных слоёв, и анализ этой матрицы пересечений даёт численный критерий для определения рассматриваемых событий. Дополненный алгоритм проверяется в случае малой МД системы и в дальнейшем используется для анализа большой МД системы со многими сотнями пустот. Преобладание коллапса пустот подтверждается в случае всестороннего растяжения твёрдого алюминия, тогда как коалесценция пустот вместо коллапса обнаруживается в случае более сложного нагружения с осевым сжатием и боковым растяжением. Эта зависимость преобладающего механизма от пути нагружения коррелирует с конечно-элементным анализом из литературных источников. Другим интересным фактом является продолжающиеся нуклеация и коллапс пустот далеко за началом разрушения при уровне отрицательного давления, значительно меньшем откольной прочности, что можно объяснить развитой дефектной структурой материала, обусловленной пластическим ростом пустот.