模块介绍

Hymacs模块的简介、功能特点、开发声明等信息

关于HYMACS

HYMACS代表HYbrid Molecule And Cluster Simulation package的缩写。HYMACS是采用分子/集团耦合表象的一种微纳米力学多尺度计算程序，主要用于微纳米材料在有限温度下的准静态力学行为计算。相比分子动力力学方法采用原子表象、有限元方法采用连续介质表象，HYMACS在同一个计算体系中，针对变形不均匀区域（例如：裂纹、位错等区域）采用原子表象，以获得对非均匀区微观结构信息；而对变形均匀区域采用集团表象（准连续介质表象），以节约计算时间。HYMACS通过采用耦合分子和集团表象的方式，可以提高微纳米材料力学性能模拟的计算效率。理论上，HYMACS以分子/集团统计热力学多尺度计算框架（MST/CST，参考文献）为基础。

关于微纳米力学多尺度计算方法

研究微纳材料力学行为，针对不同空间尺度，比较常用的数值计算方法有基于量子力学的第一原理方法(First Principle，简称FP)、分子动力学方法(Molecular Dynamics，简称MD)以及有限元方法(Finite Element Method，简称FEM)。FP方法考虑了电子、原子核之间的相互作用，计算精度比较高，但它所能计算的体系只能达到几百个原子左右。MD方法采用的是原子表象，通过经验势函数来刻画原子之间的相互作用。MD方法通过差分求解体系内所有原子的牛顿方程，能够模拟包括原子热运动在内的动力学过程。但MD方法在空间和时间尺度上还不能完全满足微纳米尺度下相关力学问题的分析要求：从空间尺度来讲，目前MD方法最大只能计算到一百纳米左右的体系；从时间尺度来看，MD方法模拟的时间尺度在皮秒或纳秒量级，这与通常的实验观测时间尺度相差甚远，这些局限性使得MD方法的计算结果难以与实验结果直接相比。而FEM方法采用的是连续介质表象，要求给出材料的本构关系，能计算微米或微米以上尺度的力学问题。但FEM方法不能刻画材料内部微结构或原子构型的变化，也很难获得原子层次的物理信息。

针对传统计算方法的局限性，人们提出了多尺度计算方法。多尺度方法试图在同一模拟中联合采用多种表象形式，例如联合采用连续介质和原子表象，甚至还可以联合基于量子力学的原子核和电子相互作用。多尺度方法的出发点在于，使得在计算中对于变形比较均匀的区域可以采用连续介质表象，而在需要考虑微结构变化的区域采用原子表象，这样既可以节省计算量又可以获得原子层次的结构和物理信息，以此来有效地解决微纳米尺度下的力学问题。

HYMACS是的开发便是为实现分子和单元耦合表象模拟方法。理论上，HYMACS以分子/集团统计热力学多尺度计算框架（MST/CST，参考文献）为基础。值得说明的是，HYMACS不仅局限于MST/CST方法，可以将HYMACS扩展至支持采用类似耦合表象的方法。

关于开发

HYMACS是在中国科学院力学研究所非线性国家重点实验室（LNM）的资助下开发的，但LNM和HYMACS的开发者不保证HYMACS程序包或其衍生程序是没有错误的，同时也不对HYMACS中错误引起的损失负责。

目前，HYMACS的开发和维护者为：


反馈留言 💬