Item Type: |
Ph.D. Thesis |
Type of entry: |
Primary publication |
Title: |
From the bottom up - A systematic study of structure based coarse graining approaches |
Language: |
English |
Referees: |
van der Vegt, Prof. Dr. Nico ; Hanke-Bourgeois, Prof. Dr. Martin |
Date: |
8 May 2019 |
Place of Publication: |
Darmstadt |
Publisher: |
TUprints |
Date of oral examination: |
24 April 2019 |
Abstract: |
Computer simulations of soft matter require a compromise to be made between the computational
efficiency and the resolution of a model studied. Highly resolved models can give insights into the interactions between individual atoms in a soft material. But, since these atomistic models are computational
expensive, they are limited to small length scales and short time scales, which makes it difficult to compare simulation results with the ones from experiments in the laboratory. On the other hand, continuum
models enable the study of soft matter at larger length and longer time scales and are computationally less
expensive, but they rather focus on macroscopic properties than on their atomistic origin. A possible way
to bridge the gap between these scales is to perform simulations at an intermediate level of resolution.
The problem, which exists at this mesoscopic scale, is the lack of accurate models. Hence, new ones have
to be built. The process to construct mesoscopic models based on information from the atomistic scale
is commonly referred to as bottom-up coarse graining. Bottom-up coarse graining describes the process
of lowering the resolution of a atomistic model to make it applicable at larger length and time scales.
The major goal of this Ph.D. thesis is to increase the knowledge on so called structure-based bottom-up
coarse graining techniques.These methods enable the derivation of coarse grained (CG) models, which
accurately reproduce the structure of an atomistic or fine grained (FG) model at the mesoscopic scale.
The shortcomings of different structure-based methods are carefully analyzed and new approaches to overcome them are presented. |
Alternative Abstract: |
Alternative Abstract | Language |
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Computersimulationen weicher Materie unterliegen einem Kompromiss zwischen dem Rechenaufwand
und der Auflösung des verwendeten Modells. Hoch aufgelöste Modelle erlauben es die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Atomen in weichen Materialen zu untersuchen. Jedoch sind diese Modelle in
ihre Anwendbarkeit limitiert, weil sie aufgrund ihres hohen Rechenaufwandes nur auf kurzen Längen-
und Zeitskalen verwendet werden können. Dies erschwert den Vergleich von Simulationsergebnissen
mit den Ergebnissen, welche aus Laborexperimenten erhalten werden. Verringert man die Auflösung der Modelle, verkleinert man zwar den Rechenaufwand und überwindet die Zeit- und Längenskalenbeschränkung, jedoch verliert man gleichzeitig Information über die atomaren Wechselwirkungen.
Um die Lücke zwischen diesen Skalen zu schliessen, besteht die Möglichkeit atomistische Modelle zu
vergröbern. Findet die Vergröberung basierend auf Information höher aufgelöster Modelle statt, bezeichnet man die Vergröberungsmethoden auch als von unten nach oben Vergröberungstechniken. Im Rahmen
dieser Doktorarbeit beschäftige ich mich mit Vergröberungstechniken, welche die Struktur eines hoch
aufgelösten Modelles auf der vergröberten Ebene exakt wiedergeben. Die Schwächen dieser struktur-
basierten Methoden werden analysiert und neue Lösungswege diese zu verbessern werden vorgestellt. | German |
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URN: |
urn:nbn:de:tuda-tuprints-85094 |
Classification DDC: |
500 Science and mathematics > 540 Chemistry |
Divisions: |
07 Department of Chemistry > Computational Physical Chemistry |
Date Deposited: |
13 May 2019 09:55 |
Last Modified: |
09 Jul 2020 02:32 |
URI: |
https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8509 |
PPN: |
448647672 |
Export: |
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