24小时热门版块排行榜

返回列表

当前只显示满足指定条件的回帖，点击这里查看本话题的所有回帖

huangxc8687

铁杆木虫 (著名写手)

应助: 0 (幼儿园)
贵宾: 0.785
金币: 6353
红花: 18
帖子: 1260
在线: 349.8小时
虫号: 664435
注册: 2008-11-29
性别: GG
专业: 配位化学

[交流] Wiley经典书《Nano Mechanics and Materials》下载已有7人参与

http://www.ziddu.com/download/31 ... _materials.rar.html

Contents
Preface xi
1 Introduction 1
1.1 Potential of Nanoscale Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Motivation for Multiple Scale Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Educational Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Classical Molecular Dynamics 7
2.1 Mechanics of a System of Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.1 Generalized Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.2 Mechanical Forces and Potential Energy . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.3 Lagrange Equations ofMotion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.4 Integrals of Motion and Symmetric Fields . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.5 Newtonian Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.6 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2 Molecular Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.1 External Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.2 Pair-Wise Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.3 Multibody Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3 Molecular Dynamics Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3 Lattice Mechanics 37
3.1 Elements of Lattice Symmetries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1.1 Bravais Lattices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.2 Basic Symmetry Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.3 Crystallographic Directions and Planes . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2 Equation of Motion of a Regular Lattice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.2.1 Unit Cell and the Associate Substructure . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2.2 Lattice Lagrangian and Equations of Motion . . . . . . . . . . . . . 45
3.2.3 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3 Transforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.3.1 Fourier Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.3.2 Laplace Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.3.3 Discrete Fourier Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.4 StandingWaves in Lattices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.4.1 NormalModes and Dispersion Branches . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.4.2 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.5 Green’s Function Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.5.1 Solution for a Unit Pulse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.5.2 Free Lattice with Initial Perturbations . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.5.3 Solution for Arbitrary Dynamic Loads . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.5.4 General Inhomogeneous Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.5.5 Boundary Value Problems and the Time History Kernel . . . . . . . 62
3.5.6 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.6 Quasi-Static Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.6.1 Equilibrium State Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.6.2 Quasi-Static Green’s Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.6.3 Multiscale Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4 Methods of Thermodynamics and Statistical Mechanics 79
4.1 Basic Results of the Thermodynamic Method . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.1.1 State Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.1.2 Energy Conservation Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.1.3 Entropy and the Second Law of Thermodynamics . . . . . . . . . . 86
4.1.4 Nernst’s Postulate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.1.5 Thermodynamic Potentials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.2 Statistics of Multiparticle Systems in Thermodynamic Equilibrium . . . . . 91
4.2.1 Hamiltonian Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2.2 Statistical Description of Multiparticle Systems . . . . . . . . . . . 93
4.2.3 Microcanonical Ensemble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.2.4 Canonical Ensemble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.2.5 Maxwell–Boltzmann Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.2.6 Thermal Properties of Periodic Lattices . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.3 Numerical Heat Bath Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.3.1 Berendsen Thermostat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.3.2 Nos′e–Hoover Heat Bath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.3.3 Phonon Method for Solid–Solid Interfaces . . . . . . . . . . . . . . 119
5 Introduction to Multiple Scale Modeling 123
5.1 MAAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.2 Coarse-GrainedMolecular Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.3 Quasi-Continuum Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.4 CADD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.5 Bridging Domain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6 Introduction to Bridging Scale 131
6.1 Bridging Scale Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.1.1 Multiscale Equations of Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.2 Removing Fine Scale Degrees of Freedom in Coarse Scale Region . . . . . 136
6.2.1 Relationship of Lattice Mechanics to Finite Elements . . . . . . . . 137
6.2.2 LinearizedMD Equation ofMotion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.2.3 Elimination of Fine Scale Degrees of Freedom . . . . . . . . . . . . 141
6.2.4 Commentary on Reduced Multiscale Formulation . . . . . . . . . . 143
6.2.5 Elimination of Fine Scale Degrees of Freedom:
3D Generalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.2.6 Numerical Implementation of Impedance Force . . . . . . . . . . . 150
6.2.7 Numerical Implementation of Coupling Force . . . . . . . . . . . . 151
6.3 Discussion on the Damping Kernel Technique . . . . . . . . . . . . . . . . 152
6.3.1 Programming Algorithm for Time History Kernel . . . . . . . . . . 157
6.4 Cauchy–Born Rule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
6.5 Virtual Atom ClusterMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.5.1 Motivations and General Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.5.2 General Idea of the VACModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.5.3 Three-Way Concurrent Coupling with QM Method . . . . . . . . . 164
6.5.4 Tight-Binding Method for Carbon Systems . . . . . . . . . . . . . . 167
6.5.5 Coupling with the VACModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.6 Staggered Time Integration Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.6.1 MD Update . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.6.2 FE Update . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.7 Summary of Bridging Scale Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.8 Discussion on the Bridging ScaleMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7 Bridging Scale Numerical Examples 175
7.1 Comments on Time History Kernel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7.2 1D Bridging Scale Numerical Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.2.1 Lennard-Jones Numerical Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.2.2 Comparison of VAC Method and Cauchy–Born Rule . . . . . . . . 178
7.2.3 Truncation of Time History Kernel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.3 2D/3D Bridging Scale Numerical Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.4 Two-DimensionalWave Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.5 Dynamic Crack Propagation in Two Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.6 Dynamic Crack Propagation in Three Dimensions . . . . . . . . . . . . . . 195
7.7 Virtual Atom Cluster Numerical Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
7.7.1 Bending of Carbon Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
7.7.2 VAC Coupling with Tight Binding . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8 Non-Nearest Neighbor MD Boundary Condition 203
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.2 Theoretical Formulation in 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.2.1 Force Boundary Condition: 1D Illustration . . . . . . . . . . . . . . 207
8.2.2 Displacement Boundary Condition: 1D Illustration . . . . . . . . . . 210
8.2.3 Comparison to Nearest Neighbors Formulation . . . . . . . . . . . . 211
8.2.4 Advantages of Displacement Formulation . . . . . . . . . . . . . . . 212
8.3 Numerical Examples: 1D Wave Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
8.4 Time-History Kernels for FCC Gold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.5 Conclusion for the Bridging Scale Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
8.5.1 Bridging Scale Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
9 Multiscale Methods for Material Design 223
9.1 Multiresolution Continuum Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
9.1.1 Generalized Stress and Deformation Measures . . . . . . . . . . . . 227
9.1.2 Interaction between Scales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
9.1.3 Multiscale Materials Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
9.2 Multiscale Constitutive Modeling of Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
9.2.1 Methodology and Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
9.2.2 First-Principles Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
9.2.3 Hierarchical Unit Cell and Constitutive Model . . . . . . . . . . . . 237
9.2.4 Laboratory Specimen Scale: Simulation and Results . . . . . . . . . 239
9.3 Bio-InspiredMaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
9.3.1 Mechanisms of Self-Healing inMaterials . . . . . . . . . . . . . . . 244
9.3.2 Shape-Memory Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
9.3.3 Multiscale Continuum Modeling of SMA Composites . . . . . . . . 250
9.3.4 Issues ofModeling and Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
9.4 Summary and Future Research Directions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
10 Bio–Nano Interface 263
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
10.2 Immersed Finite ElementMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
10.2.1 Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
10.2.2 Computational Algorithm of IFEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
10.3 Vascular Flow and Blood Rheology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
10.3.1 HeartModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
10.3.2 Flexible Valve–Viscous Fluid Interaction . . . . . . . . . . . . . . . 270
10.3.3 Angioplasty Stent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
10.3.4 Monocyte Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
10.3.5 Platelet Adhesion and Blood Clotting . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
10.3.6 RBC Aggregation and Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
10.4 Electrohydrodynamic Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
10.4.1 Maxwell Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
10.4.2 Electro-manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
10.4.3 Rotation of CNTs Induced by Electroosmotic Flow . . . . . . . . . 285
10.5 CNT/DNA Assembly Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
10.6 CellMigration and Cell–Substrate Adhesion . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
10.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
Appendix A Kernel Matrices for EAM Potential 297
Bibliography 301
Index 315

回复此楼