МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

УДК 62:112.65

МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

Осекова Г.А

Ошский Технологический университет (ОшТУ) https://doi.org/10.5281/zenodo.10746319

Аннотация. В настоящее время, благодаря развитию цифровых технологий, становятся доступными современные способы представления информации о строении кристаллических и молекулярных структур в виде трехмерных объектов. Появляются новые программные средства для построения и представления моделей кристаллических решеток.

Ключевые слова: ЗБ-модели, кристал, ЗБ-объектам, моделировать, молекул, гексагональной.

В связи с этим появляется необходимость в поиске наиболее простых в освоении и одновременно многофункциональных программных систем, для выполнения различных задач разной степени сложности, в том числе и при изучении учебной дисциплины «Материаловедение».

Учитывая, критерии доступности и многофункциональности была выбрана программная система AutoCAD. Целью работы явилось освоение программной среды по построению моделей, формирование способности разрабатывать и использовать полученные 3D-модели.

В докомпьютерный период представление кристаллического строения вещества осуществлялось при помощи механических моделей (рис. 1), что сопряжено с большими трудностями, изготовления, хранения.

Рис. 1. Механическая модель кристаллической решетки

Есть различные подходы к конструктивному выполнению моделей кристаллического строения вещества. Они подразделены на две основные группы: «открытые» и «закрытые». В "закрытых" моделях атомы, образующие кристалл, представляют собою шары или многогранники, которые практически полностью заполняют пространство в модели. Модели такого типа имеют недостаточную наглядность из-за их перегруженности. К "открытым" моделям относятся шаростержневые модели. В этих моделях элементы, имитирующие атомы, имеют такие размеры и размещены на таких расстояниях друг от друга, которые позволяют свободно наблюдать их относительное

расположение и измерять расстояния между ними. Это обстоятельство является важным преимуществом моделей "открытого" типа.

Моделировать кристаллические решетки можно не только в специализированных программах вроде XtralDRAW, DRAWxtl, CrystalStudio, которые заточены для создания кристаллических и молекулярных структур. Структуры можно построить и при помощи прикладных программ, дающих возможность для работы с 3D-объектами. К ним относятся: 3DSMax, AutoCAD, Autodesk 123D, 3Dcrafter и многие другие.

При моделировании кристаллических решеток применялась программа AutoCAD 2014 и использовались такие функции как шар, массив, цилиндр, 3Dполилиния. Для моделирования простой кристаллической решетки (рис. 2) создается шар, и используя функцию массива, элементы распределяются на заданном расстоянии друг от друга. Чтобы показать связь молекул в кристаллической решетке, шары соединяются между собой с помощью 3D-полилинии, создавая цилиндр; ему задается радиус основания и, выбирается конечная точка оси, он прочерчивается его между сферами. Это более наглядно покажет связи молекул в решетке.

Рис. 2. Простая кристаллическая решетка

Также были смоделированы такие кристаллические решетки, как объемноцентрические (рис. 3, а), гранецентрические (рис. 3, б), гексагональные (рис. 5) и другие. Гранецентрические и объемноцентрические моделировались на основе простой кристаллической решетки. Чтобы построить объемноцентрическую решетку, необходимо провести диагонали в кубе и в пересечении расположить шар. Для гранецентрической провести средние линии на каждой из граней и расположить шар (молекулу) в их пересечении.

Рис. 3. Объемноцентрическая и гранецентрическая кристаллическая решетка Для примера была смоделирована кристаллическая решетка йода (рис. 4), которая имеет гранецентрическую структуру.

Рис. 4. Кристаллическая решётка йода

Гексагональная кристаллическая решетка создается на основе шестиугольника. Для этого создается круговой массив из шести элементов, далее соединяются шары между собой.

Рис. 5. Гексагональная кристаллическая решетка

Ярким примером гексагональной кристаллической решетки является кристаллическая решетка графита, которая имеет гексагональную структуру.

Рис. 6. Кристаллическая решетка графита

Хотя и существуют специализированные программы для построения кристаллических решеток, с этой задачей могут справиться и прикладные программы, работающие с 3D-графикой. AutoCAD, являясь прикладной программой, помогает решить задачу моделирования 3D-объектов.

В заключение следует отметить, что 3D-модели, в отличие от механических, дают возможность создания кристаллических решеток любых размеров и степени подробности (точности). Для их создания нет необходимости, в отличие от механических моделей. Благодаря современным технологиям 3D-модели можно перенести из виртуального пространства в реальный мир посредством 3D-принтеров, что позволяет перейти от проектирования до создания точной механической модели.

В процессе выполнения исследований был произведен обзор литературы по существу вопроса, а также приобретены навыки работы в графическом редакторе, что важно с точки зрения геометро-графической подготовки бакалавра [1]. Работа «Моделирование кристаллического строения вещества» выполнена в соответствии с планом работы СО «Геометрическое и информационное моделирование объектов капитального строительства».

REFERENCES

1. Максименко Л. А. Роль и место графической подготовки при формировании профессиональных навыков бакалавра // АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ОБРАЗОВАНИЯ. Ведущая роль современного университета в технологической и кадровой модернизации российской экономики. Междунар. науч.-метод. конф. : сб. материалов (Новосибирск, 16-20 февраля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. - С. 262-265.