[发明专利]纳米加工中大规模分子动力学的并行优化方法

权利要求书

1.纳米加工中大规模分子动力学的并行优化方法，其特征在于该方法包括：MD串行法的系统划分和数据存储方法的步骤：

(1)根据势能函数的截断半径r_cut，首先将系统划分成边长1大于等于截断半径r_cut的n个三维立方体小网格，建立三维立方体小网格数组，将位于三维立方体小网格中的原子信息存储在链表数组中；

(2)根据系统计算过程中工件原子位置变化的幅度和与刀具或压头原子的相互作用的大小，确定工件与刀具或压头的作用距离R；

(3)建立系统中所有原子的相互作用列表，首先确定与系统原子i相互作用的原子j，即在包括该原子i在内的周围立方体小网格共计27个网格中、二维是9个网格，确定与该原子i距离小于等于原子截断半径r_cut+Δr的所有原子j，将j原子以链表形式存储在i原子相互作用列表中；

(4)在作用距离R内建立工件原子与刀具或压头原子间的计算列表，即在作用距离R内，在包括该原子i在内的周围立方体小网格共计27个网格中、二维是9个网格，确定与该原子i距离小于等于原子截断半径r_cut+Δr的原子j，将j原子存储在相应的i原子链表中；

(5)根据仿真过程中工件原子位置变化和Δr大小，确定计算列表的更新频率，根据刀具或压头的位置和相互作用距离R，更新刀具或压头与工件的作用范围；

(6)在系统计算过程中，计算每个原子与其他原子之间的作用，仅需计算原子与其相应列表中原子之间的作用，而与系统中其他原子之间的作用无需判定。

2.根据权利要求1所述的纳米加工中大规模分子动力学的并行优化方法，其特征在于，所述的MD串行法的系统划分和数据存储方法，根据仿真过程中工件原子位置变化的频率，确定原子的相互作用列表更新频率；根据刀具或压头的位置，以刀具或压头为中心，更新刀具或压头与工件的作用范围R。

3.根据权利要求2所述的纳米加工中大规模分子动力学的并行优化方法，其特征在于，所述的MD串行法的系统划分和数据存储方法，对MD并行算法节点机计算任务的划分和数据存储的具体步骤如下：

(1)根据工件计算过程中工件的变形情况，确定变形最小的方向；

(2)在单机MD串行算法的系统划分和数据存储的基础上，将系统划分成n个三维立方体小网格；为了并行计算过程中负载平衡，沿着变形最小的方向将系统分成N等分，这N个部分被称作计算子区域，每个子区域对应一台节点机、共有N台节点机；每个子区域计算任务以三维立方体小网格为单位，由m＞＝1(∑N×m＝n)个网格组成，根据节点机的性能，每台处理机的网格数m可不相等，只要每台节点机每次计算任务时间大致相等；

(3)系统中原子位置坐标、速度和所受的力等信息分机保存，各节点机之间只传递邻近原子位置坐标等计算必需的信息，数据处理所需的切削力、原子径向分布、能量和表面能等重要信息也采取分机保存，最后用一个合并程序将各机数据合并，用可视化程序动态显示切削过程。