Výpočetní schopnosti simulovat dynamickou odezvu materiálů v mikroskopickém měřítku: Vývoj modelu a schémata numerické integrace

Mikroskopické a mezoměřítkové jevy hrají dominantní roli ve výsledných makroskopických vlastnostech široké škály typů materiálů, jako jsou měkké hmoty, biologické hmoty, komplexní tekutiny, kompozitní materiály nebo aditivně vyráběné materiály. Prediktivní modelování a simulace odezvy materiálů vyžaduje víceměřítkové modelování v délkových a časových měřítcích od atomistického po kontinuální. Modelování a simulace v tomto měřítku zdaleka nepřizpůsobují přístupy atomistického měřítka, zatímco simulace v kontinuálním měřítku postrádají přesnost, aby správně zahrnuly mikrostrukturu materiálu, a spoléhají se na fenomenologické modely, aby efektivně obnovily nebo odhadly fyzikální procesy probíhající v mikro a mezoměřítkách. V teoretických základech a výpočetních metodách tedy existuje klíčová mezera na mikro/​mezoměřítku v různých vědních oblastech, kde byly provedeny studie na široké škále materiálů a aplikací, včetně, ale nikoli výhradně, biologických věd (proteiny, koloidní suspenze, biomembrány a micely), průmyslových aplikací (povrchově aktivní látky, asfalteny a viskoelastické kapaliny), aplikací v oblasti národní obrany (kompozity energetických materiálů a kapalná paliva) a nových materiálů (samostatně sestavené blokové kopolymery/​nanočástice). Cílem projektu je vyvinout nové nástroje pro mezoměřítko založené na částicích pro predikci prostorově-časového uvolňování energie, přenosu tepla, přenosu hmoty a chemické reaktivity materiálů. Hlavní vědecký dopad zahrnuje zavedení…