Adaptive atomistic/continuum (a/c) coupling method is an important method for the simulation of material and atomistic systems with defects to achieve the balance of accuracy and efficiency. Residual based a posteriori error estimator is often employed in the adaptive algorithm to provide an estimate of the error of the strain committed by applying the continuum approximation for the atomistic system and the finite element discretization in the continuum region. In this work, we propose a theory based approximation for the residual based a posteriori error estimator which greatly improves the efficiency of the adaptivity. In particular, the numerically expensive modeling residual is only computed exactly in a small region around the coupling interface but replaced by a theoretically justified approximation by the coarsening residual outside that region. We present a range of adaptive computations based on our modified a posteriori error estimator and its variants for different types of crystalline defects some of which are not considered in previous related literature of the adaptive a/c methods. The numerical results show that, compared with the original residual based error estimator, the adaptive algorithm using the modified error estimator with properly chosen parameters leads to the same optimal convergence rate of the error but reduces the computational cost by one order with respect to the number of degrees of freedom.


翻译:(a/c) 组合法是模拟材料和有缺陷的原子系统以取得准确性和效率平衡的一个重要方法。在适应性算法中,通常使用基于后传错误估计器来估计通过对原子系统应用连续近似法和对连续区域内的有限元素分解所造成压力的错误。在这项工作中,我们提出了一个基于理论的近似法,用于根据后传错误估计器对残留物质和有缺陷的原子系统进行模拟,大大提高了适应性的效率。特别是,数字上昂贵的模型残留量仅完全在组合界面周围的小区域进行计算,而代之以该区域外的混合残留量在理论上合理的近似法取而代之。我们提出了一系列适应性计算法,其依据是我们修改后的后传误差估计器及其关于不同类型晶体缺陷的变异种。在以前有关适应性a/方法的文献中,其中一些没有考虑到。数字结果显示,与最初基于原始的误差估计器相比,数字上昂贵的模型仅在数字上进行计算,而采用经适当选择的自由合并率的调整算法,以最佳误差率降低一个最高测测算法的调整后自由算法。

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