多尺度、多物理场下的原子模拟最新研究
文一： 多尺度仿真在先进电子封装中的应用摘要：电子封装是电子工程的一个重要分支，旨在保护电子、微电子和纳米电子系统免受环境条件的影响。电子封装的设计非常复杂，需要考虑多种物理现象，如热传输、电磁场和机械应力。这篇综述全面概述了电场、磁场、热场、机械场和流体场的多物理耦合，这对评估电子设备的性能和可靠性至关重要。还系统总结了多尺度模拟技术的最新进展，如宏观尺度的有限元方法、微观尺度的分子动力学和密度泛函理论，特别是用于桥接不同尺度的机器学习方法。此外，我们还说明了如何将这些方法应用于研究电子封装老化的各个方面，如材料性能、界面失效、热管理、电迁移和应力分析。还强调了多尺度仿真技术在电子封装中的挑战和潜在应用。此外，还总结了电子封装多尺度仿真技术的一些未来发展方向。 图：耦合多物理的相互作用，包括电磁场、热场、稳定电场、流体场、机械场和静电场。 图：不同粒度Cu烧结过程中的微观结构。 图：将计量学与建模相结合。 图：DeePMD套件体系结构和工作流程的示意图。灰色箭头表示工作流。数据，包括能量、力、病毒、盒子和类型，从数据生成器传递到DeePMD套件训练/测试模块以执行训练。培训后，DeePMD模型被传递到DeePMD套件MD支持模块，以执行MD。 图：QC方法的原理是：表示高兴趣区域附近的所有原子，而低兴趣区域的变形更均匀，并通过插值降低原子密度。The application of multi-scale simulation in advanced electronic packaging.pdf文二： 骨衰老过程的多尺度多学科分析摘要：世界人口日益老龄化，通过挑战我们的医疗保健系统和带来经济负担，深刻影响了我们的社会，从而将焦点转向与老龄化相关的疾病：例如gratia，骨质疏松症，一种无声的疾病，直到你突然骨折。随着年龄的增长，骨折风险的增加通常与骨量的减少和骨骼结构的改变有关。然而，这些变化并不能完全解释随着年龄的增长而增加的脆弱性。为了成功解决与年龄相关的骨病，全面了解组织退化的基本机制至关重要。在复杂的分级骨骼结构中，衰老机制在多个长度尺度上持续存在，这就需要多尺度和多学科的方法来解决这些问题。本文旨在对骨骼老化过程进行全面分析，并回顾骨骼老化的最突出结果。对不同的长度尺度进行了系统的描述，突出了每个尺度所采用的相应技术，并激发了将不同技术相结合的需求，从而对所涉及的多种物理现象进行了全面的描述。 图：骨骼的多尺度结构。 图：用于研究骨老化的多尺度和多学科方法。 图：在纳米尺度上研究骨老化的不同技术。 图：微观层面上骨骼老化的不同方面。 图：衰老对骨组织影响的宏观研究。Multiscale and multidisplinary analysis of aging processes in bone.pdf文三： 西班牙多尺度和多物理方法的发展和应用：当前和未来趋势摘要：在反应堆物理分析领域，多种物理现象的耦合在增强预测和理解复杂系统的准确性方面起着至关重要的作用。多物理学是指对物理现象的研究和分析，涉及在核系统中同时发生的多个相互联系的物理过程，以确保反应堆设计，安全分析和优化等基本方面。多物理学涵盖了各种物理领域，例如热融合物，中子，结构力学，辐射传输，化学和材料科学。另一方面，多尺度方法涉及将高保真模型与低保真模型相结合，以准确捕获核电厂（NPP）中相关的物理现象。多尺度涉及三个主要尺度：系统级别，核心水平和详细的分析量表。本文概述了西班牙群体在多物理和多尺度计算领域进行的主要研究，尤其是在热氢分析方面。此修订主要集中在两个关键方面：热 - 氢多尺度耦合和热氢 /中性耦合。该论文还包括该领域的预期未来趋势。 图：两个TH耦合域的示例。 图：两个子域之间1:16网格的方案。 图：UPC TH-TH耦合在BEPU计算中测定DNBR的应用。 图：TH/3D NK耦合码的通用方案。 图：径向功率分布和控制棒位置。 图：UPM核心仿真平台。 图：计算平台的流程图。Development and application in multiscale and multiphysics methodologies in Spain-Present and future trends.pdf文四： 钠冷快堆实验的多物理和多尺度模拟摘要：这项工作旨在探索一种新的放大方法，以描述钠冷反应堆堆芯中与中子过程同时耦合的传热。如这项工作所示，放大方法允许开发描述反应堆规模现象的模型，从核燃料棒和液态金属组成的电池的规模开始。原则上，这种方法允许在描述这些多物理和多尺度现象时具有高保真度。主要结果是建立了描述燃料和冷却剂温度分布的双尺度能量非平衡模型。这些高档模型是根据本工作中提出和开发的实验钠冷快堆的升级传热系数来描述的。与CFD代码相比，新提出的模型/方法的使用在较低的计算时间内产生了良好的结果，当必须进行大量计算时，这是有用的，例如，对于反应堆概念阶段的参数选择的敏感性分析，以及其他应用，如工厂分析仪，以及全范围模拟器中的操作员培训。 图：CEFR核心的轴向和径向布局。 图：简化CEFR核心的径向布局。 图：100%动力反应堆的中子通量。 图：ULOF事件期间的燃油、反射镜和冷却液温度。 图：由于控制系统中的反应性变化而导致的中子通量、燃料温度和冷却剂温度行为。Multiphysics and multiscale simulation for an experimental sodium-cooled fast reactor.pdf文五： 用于多尺度不确定性量化的切换扩散摘要：越来越多地需要高保真度模拟来解决不稳定性的成核问题，如裂纹萌生和扩展以及流体混合。尽管近几十年来多尺度建模能力发展迅速，但相关模拟仍然存在计算负担，因此往往会抢占相关问题的系统统计分析的先机。鉴于缺乏将微观结构与宏观尺度行为联系起来的数据，以及在两个尺度上不可避免的建模误差，缺乏概率表征大大限制了高分辨率数值模拟器的价值。本研究的目标是开发一种概率模型，对微观和宏观尺度之间的路径关系进行编码。具体而言，我们开发了一个开关扩散模型，将微观尺度上的损伤演化与宏观尺度上的系统性能联系起来。微观尺度的行为被建模为具有有限状态空间的马尔可夫切换过程，而宏观尺度的行为则被建模为连续状态扩散过程。宏观尺度和微观尺度之间的相互作用是通过耦合这两个过程来捕捉的。通过数据校准，切换扩散模型可以以最小的计算工作量生成具有规定统计数据的样本路径。所提出的模型在多尺度模拟、不确定性量化和随机建模的界面上提供了新的能力和视角。 图：混合开关扩散过程的典型样本路径。 图：漂移和扩散系数的估计。第一行中的数字是漂移系数，底部三个是扩散系数。 图：𝑥和𝑦分量的联合分布。 图：从状态1到状态2的转换概率的函数估计。 图：FEM2模拟结果。 图：晶体塑性模拟：几何和应力分布结果。 图：原始数据和生成样本的直方图比较。Switching diffusions for multiscale uncertainty quantification.pdf计算机技术在科学&技术&工程&数学中得到了广泛的应用，力学方面，计算机技术成为了科学的第四次革命性技术，现在基于计算机的数据科学已经逐步成为力学等其他科学发现的第四范式。人工智能、大数据、数字孪生等概念已经逐步成为当今时代的主题。智能制造、智能算法、数据驱动力学、大语言模型、自动驾驶在当今社会展现出巨大潜力，吸引了大量的研究人员。同时高性能显卡和多核中央处理器的出现为大规模数值模型的高性能计算提供了强大算力。然而因为该领域的论文较多，涉及内容较广，需要的知识量较大，不仅需要力学，数学，物理的知识，还需要计算机、数据科学、大数据分析的知识。 来源：STEM与计算机方法
