Softwareentwicklung

Das Programm AtomSim, das seit dem Jahr 2008 entwickelt wird, ermöglicht die Analyse des Verhaltens kristalliner und polykristalliner Stoffe auf verschiedenen Abmessungsebenen (multi-scale). Kern des Programms ist ein Atomnetz, das das Konzept der selbstorganisierenden Karten (Netze) verwendet. Das sind besondere neuronalen Netze, die unüberwacht ("ohne Lehrer") lernen. Das Atomnetz ist zur Erfassung, Abbildung und zur Simulation der Belastung kristalliner Stoffe verwendbar.

Über das Programm

AtomSim – die Atomnetze ist eine Software, die zur Modellierung der Kristallgitter von Metallen dient, die einfache Gitterfehler enthalten kann. Dabei wird nicht die Dynamik des jeweiligen Systems verfolgt, sondern es werden die optimalen Mittelstellungen der Atome im Gitter betrachtet. Ausgabe des Programms sind Dateien, die die Mittelstellungen der Atome, die Bindungen unter denen, die elastische Antwort des gesamten Atomsystems an der Szenengrenze und andere Parameter beinhalten. Zur Ermittlung der Größe elastischen Rückkopplung der Kristallgitter von Metallen (FCC und BCC) wird das Lennard-Jones-Potential verwendet.


Format der XML-Eingabedatei

 
‹AtomicNetwork name="Project 1" ›
‹Box x="50" y="50" z="50" /›
‹BorderVelocity type="press" dir="x" stepLength="0.2" stepCount="3" /›
‹Crystal matrix="BCC" a="1.0" lje="1.0" ljd="0.866" ›
‹Seed x="5" y="5" z="5" /›
‹Alpha x="1" y="0" z="0" /›
‹Beta x="0" y="1" z="0" /›
‹Gama x="0" y="0" z="1" /›
‹Vacancy ratio="0.0005" /›
‹Substitution ratio="0.01" a="2.0" lje="1.5" ljd="1.732" /›
‹/Crystal›
‹/AtomicNetwork›



‹Box›

- Definition der Szeneabmessungen [x, y, z]



‹BorderVelocity›

- Definition der Bewegung der Szenengrenze
- [type="press|pull"] Art der Belastung Druck, Zug
- [dir="x|y|z"] Achse der Belastung
- [stepLength] Entfernung, um die sich die Szenengrenze in einem Szenenschritt bewegt
- [stepCount] Anzahl der Schritte der Bewegung der Szenengrenze



‹Crystal›

- Definition der Grundparameter des Kristallgitters
- [matrix="BCC|FCC"] Typ des Kristallgitters
- [a] der Gitterparameter
- [lje] der Parameter E des Lennard-Jones-Potentials
- [ljd] der Parameter D des Lennard-Jones-Potentials



‹Seed›

- die Lage des Basisatoms des Gitters (des Keims), von dem die Lagen der übrigen Atome gemäß der Raumorientierung ‹Alpha›, ‹Beta›, ‹Gama› abgeleitet sind



‹Alpha›
‹Beta›
‹Gama›

- Raumorientierung des Kristallgitters



‹Vacancy›

- [ratio] die Definition der relativen Vertretung von Substitutionen im System



‹Substitution›

- [ratio] die Definition der relativen Vertretung von Substitutionen im System
- [a] Gitterparameter für Substitution
- [lje] der Parameter E des Lennard-Jones-Potential für Substitution
- [ljd] der Parameter D des Lennard-Jones-Potential für Substitution


Ausgabeformat

eine *.mol2-Datei – ein Standardtyp von Dateien für Simulationen der Moleküldynamik, der Grundangaben über jedes Atom der Szene und über die Bindungen enthält. Die Datei kann in verschiedenen für die Moleküldynamik bestimmten Visualisierungsprogrammen geöffnet werden, wie VMD, VESTA oder Xcrysden.

Installation

Das Programm AtomSim ist bestimmt für Linux, Plattform Ubuntu 11.04 64bit mit dem CUDA Toolkit 4.1.28.

Zuerst müssen folgende Pakete installiert werden:
build-essential – Basispaket für die Entwicklung auf der Linux-Plattform, enthält Compiler, Linker und Basisbibliotheken für c++.
qt4-dev-tools – dieses Paket enthält unterstützende Bibliotheken von QT.

Die Installation der Pakete erfolgt mit dem Kommando sudo apt-get install build-essential qt4-dev-tools

Mit folgenden Kommandos wird die Installation und Start des Programms AtomSim herbeigeführt
1) AtomicNetwork.tar.gz herunterladen
2) tar xvzf AtomicNetwork.tar.gz
3) cd AtomicNetwork
4) qmake AtomicNetwork.pro
5) cd out
6) AtomicNetwork -cubin ../cubin/gener_f.cubin -xml ../prj.xml

Parameter zum Starten:
-listcuda – listet die CUDA-unterstützenden Geräte auf
-cubin - vollständiger Pfad samt Name der Datei, wo sich der kompilierte CUDA-Kernel befindet
-xml – vollständiger Pfad samt Name der Datei, in der das Eingangsprojekt definiert ist

Beispiel des Aufrufs: "AtomicNetwork -cubin ../cubin/gener_f.cubin -xml ../prj.xml"

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