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Pucón, 10 Noviembre 2010 http://www.gnm.cl/ 1
Claudia Loyola Gonzalo Gutiérrez
Impactos a hipervelocidad: Impactos a hipervelocidad: simulación simulación por medio de dinámica por medio de dinámica
molecularmolecular
Grupo de NanoMateriales http://www.gnm.cl,Departamento de Física,Facultad de Ciencias,Universidad de Chile.
http://www.gnm.cl/
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EsquemaEsquema
I. Introducción● Impactos alta velocidad● Simulación computacional
II. Resultados simulaciones de impacto de proyectiles
a altas velocidades sobre un blanco de cobre.
III. Conclusiones.
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¿Qué le ¿Qué le ocurre ocurre
al blanco con al blanco con respecto arespecto a
●masa●velocidad●dureza●tamaño●superficie de contacto● .....
del proyectil?
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Dinámica MolecularDinámica Molecular
rj(t)
vj(t), a
j(t)
sistema acoplado de N-cuerpos:solución numérica
N partículas Ensemble microcanónico
Término repulsivoPotencial de pares
+ - -+r
i j
Término atractivoPotencial de muchos cuerpos ρ(r
i j)
Potencial de Sutton-ChenPotencial de Sutton-Chen
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Esquema de la DinámicaEsquema de la Dinámica Molecular Molecular
Condición InicialPosiciones y velocidades
Cálculo de Fuerzas
Integración de las ecuaciones de
movimiento
Avanzan las posiciones
Avanza el tiempot+∆t
Se repite el cálculo la cantidad total de
pasos
Fin
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Simulaciones de impacto Simulaciones de impacto a altas velocidades a altas velocidades sobre un blanco de sobre un blanco de
cobrecobre
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Se realizaron dos tipos de impacto
1. Proyectil con velocidad constante durante toda la simulación.➢ 1.5 Km/s➢ 5.0 Km/s
2. Proyectil con sólo velocidad inicial de 5.0 Km/sEsquema del sistema
a=b=198.55 Å y c=249.09 Å55296 átomos de cobre47 at. Cu
T=300 K
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Velocidad constante de 1.5 Km/sVelocidad constante de 1.5 Km/s
t=1.2 ps t=2.4 ps t=3.6 ps t=4.8 ps
t=28.2 pst=15 pst=8.4 pst=6.0 ps
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Velocidad constante de 1.5 Km/sVelocidad constante de 1.5 Km/s
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Para el análisis el blanco fue dividido como sigue:
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Velocidad constante de 1.5 Km/sVelocidad constante de 1.5 Km/sSección 0
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Velocidad constante Velocidad constante de 1.5 Km/sde 1.5 Km/s
Sección 0.aSección 0.b
Sección 1.aSección 0.c
Distintos tiempos
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Velocidad constante Velocidad constante de 1.5 Km/sde 1.5 Km/s
Sección 0.2
Sección 0.4
Sección 0.8Sección 0.6
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Velocidad constanteVelocidad constante de 1.5 Km/sde 1.5 Km/s
Sección 1.2Sección 1.4
Sección 1.8Sección 1.6
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Velocidad constante de 5.0 Km/sVelocidad constante de 5.0 Km/s
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Velocidad constante de 5.0 Km/sVelocidad constante de 5.0 Km/s
t=0.12 ps t=0.6 ps t=0.6 psVista frontal
t=0.9 ps
t=2.8 psVista poterior
t=1.8 pst=1.5 pst=1.2 ps
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Velocidad constante de 5.0 Km/sVelocidad constante de 5.0 Km/s
t=3.9 psVista posterior
t=4.8 ps t=6.0 psVista posterior
t=28.2 pst=24.9 psVista posterior
t=18 ps
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Velocidad constante de 5.0 Km/sVelocidad constante de 5.0 Km/sSección 0
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Velocidad constante de 5.0 Km/sVelocidad constante de 5.0 Km/s
Sección 0.a
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Velocidad constante de 5.0 Km/sVelocidad constante de 5.0 Km/s
Sección 1.2 Sección 1.4
Sección 1.8Sección 1.6
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Velocidad inicial de 5.0 Km/sVelocidad inicial de 5.0 Km/s
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Velocidad inicial de 5.0 Km/sVelocidad inicial de 5.0 Km/s
Configuración inicialVista frontal
t=0.3 psVista frontal
t=0.3 psVista lateral
t=1.5 psVista frontal
t=0.5 psVista lateral
t=0.4 psVista frontal
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Velocidad inicial de 5.0 Km/sVelocidad inicial de 5.0 Km/s
t=1.5 psVista lateral
t=6.5 psVista frontal
t=9.9 psVista lateral
t=9.9 psVista frontal
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Velocidad inicial de 5.0 Km/sVelocidad inicial de 5.0 Km/sSección 0
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Velocidad inicial de 5.0 Km/sVelocidad inicial de 5.0 Km/s
Sección 0.a
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Velocidad inicial de 5.0 Km/sVelocidad inicial de 5.0 Km/s
Sección 0.a
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ConclusionesConclusiones
● El proyectil rígido con velocidad constante:● Produce una estela de material perturbado.● Produce defectos (dislocaciones)● Para las velocidades de 1.5 y 3.0 Km/s
recupera su estructura original.● A 5 Km/s el material se funde y luego gran
parte del blanco queda en estado amorfo.
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ConclusionesConclusiones
● El proyectil con velocidad inicial:● Produce desorden configuracional en la zona
de impacto.● Produce dislocaciones.● El proyectil se rompe incorporándose a la
estructura del blanco.● El blanco vuelve a su estructura inicial.
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AgradecimientosAgradecimientos
● Proyecto Enlace ENL 10/06 VRID-U. de Chile
● Proyecto Anillo Bicentenario-Chile ACT/24 “Computer Simulation Lab for nano-bio system”.
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Gracias por su atención Gracias por su atención ;-);-)
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Ondas de ChoqueOndas de Choque
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Función de distribución de paresFunción de distribución de pares
● Esta propiedad da cuenta del vecindario atómico que tienen los átomos del sistema.
● La función de distribución de pares g(r) está definida como:nr ,rdr =4 r2 g r dr
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Número de coordinaciónNúmero de coordinación● Indica el número de vecinos más cercanos
de un átomo, llamados primeros vecinos.
● Este puede ser calculado a partir de la función de distribución de pares:
● Fcc → 12 , hcp → 12, bcc → 8
cnR=4∫0R gr r2dr
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