Гибридные континуально-атомистические модели взаимодействия лазерного излучения с веществом и их применение для решения прикладных задач.

1. Включение моделей упругопластики в физическую модель эволюции многокомпонентной среды. Для корректного сопряжения молекулярно-динамического и гидродинамического подходов на границе твердых фаз необходимо дополнить систему уравнений сплошной среды уравнениями эволюции тензора конечных деформаций, описывающими упругопластический отклик вещества в твердой фазе. Поскольку молекулярная динамика естественным образом воспроизводит упругопластические деформации, то будет необходимо выполнить согласование коэффициентов упругопластической среды (модули объемного сжатия, сдвига, коэффициент Пуассона) с аналогичными значениями, получаемые из МД моделирования твердой фазы при выбранном потенциале взаимодействия. 2. Реализация модели «переходной» МД-ГД области, учитывающей упругопластические свойства вещества и фазовые переходы (плавление, испарение). На основе модели упругопластической среды, разработанной в пункте 1 плана на 2018 год, при расчете характеристик в переходной области будут, помимо термодинамических параметров среды, учтены и механические свойства как при построении ГД ячеек по данным МД, так и для обратной задачи. Это потребует создания дополнительных конфигураций атомов, описывающих кристаллическую фазу вещества. 3. Проведение многомерного моделирования задач взаимодействия лазерного излучения с многослойными мишенями и изучение процессов формирования поверхностных структур. На основе разработанных моделей будут проведены параллельные расчеты задач лазерной абляции многослойных мишеней с учетом эффектов поглощения излучения, теплопроводности, поверхностного натяжения, плавления и последующей кристаллизации. 4. Моделирование наноструктурирования поверхности множественными лазерными импульсами; расчет будет проводиться в рамках молекулярной динамики, расчетная область будет граничить со сплошной средой для обеспечения прохождения ударных и термических волн вглубь вещества. Сравнение с результатами моделирования с помощью гибридной модели. Будут проведены расчеты, направленные на проверку работоспособности разработанной гибридной модели в режимах многоимпульсного воздействия. 5. Получение микроканалов и микроотверстий в различных материалах для производственных целей с помощью множественных лазерных импульсов. Будут исследованы в численном эксперименте режимы формирования каналов и микроотверстий в металлических мишенях из золота, меди и алюминия. Параллельные расчеты на большом числе ядер должны приблизить параметры моделируемой задачи к реальным экспериментальным размерам и, таким образом, позволят исследовать динамику образования микроканалов и микроотверстий 6. Разработка модели нуклеации в растянутой метастабильной жидкости и создание программного модуля для использования в ГД программе. Благодаря разработке модели нуклеации появится возможность проводить более точное моделирование разрушения вещества в жидкой метастабильной фазе при растяжении и оценивать динамику разрушения с использованием меньших численных ресурсов.