[發明專利]基于雜化LKMC和OKMC模擬納米結構核材料輻照損傷的方法

有效

• 申請號: 201711352184.8
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108090279B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 李祥艷;許依春;張艷革;孫靜靜;郝叢宇;尤玉偉;孔祥山;劉偉;吳學邦;劉長松;方前鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F40/18
• 代理公司: 合肥中谷知識產權代理事務所(普通合伙) 34146
• 代理人: 陳少麗

本發明公開了一種基于雜化LKMC和OKMC模擬納米結構核材料輻照損傷的方法，包括以下步驟：建立OKMC區域事件速率表格；對于給定的界面，確定LKMC區域半徑；建立LKMC格點與缺陷態之間的映射；建立LKMC區域不同缺陷態之間躍遷速率表格；擴大計算模型內速率表格；建立OKMC與LKMC過渡區域速率表格并進行速率處理；建立LKMC區域缺陷團簇事件速率表格并進行速率處理；對于不同區域的事件，調用相應的速率，選擇、執行事件。本發明通過雜化LKMC和OKMC方法，對晶界不同區域采用對缺陷性質具有不同分辨率的計算方法，能夠實現復雜界面結構處缺陷行為準確模擬，同現有的模擬方法相比，兼顧了模擬精度和模擬的時間、空間尺度，降低了粗?；Ｈ毕?晶界作用時提取作用參數的難度。

技術領域

本發明涉及核材料輻照損傷模擬技術領域，尤其涉及一種雜化LKMC(LatticeKinetic Monte Carlo)和OKMC(ObjectKinetic Monte Carlo)模擬納米結構核材料輻照損傷的新方法。

背景技術

材料遭受高能粒子(如中子、離子)輻照時，會生成空位-自間隙原子缺陷對，即“輻照損傷”。這些缺陷經過長時間的擴散、聚集形成缺陷團簇、空洞等，使材料的力學、熱學等性能退化，出現腫脹、脆化等。近十年來，人們在實踐中逐漸認識到納米結構材料通常具有較好的抗輻照損傷性能，這與缺陷阱如表面、晶界等對輻照缺陷的捕獲、進而促進其復合有關。

為研究納米結構金屬材料中輻照缺陷與界面跨尺度相互作用機理，人們通常是通過原子尺度的模擬方法如分子動力學，抽象出缺陷與界面作用主要原子過程，進而采用靜態計算方法計算缺陷-界面作用參數，如結合能，擴散、復合能壘，作用范圍等。然而材料中界面種類繁多，界面結構多樣，如在平行晶界方向長周期晶界常常出現不同的局域結構，在這些結構附近缺陷性質截然不同，很難抽象出單一的作用參數，而在遠離界面的區域缺陷性質類似于在塊體材料中的性質。因此，需要開發一種既能分辨界面處空間位置依賴的缺陷性質，又能粗粒化處理遠離界面區域一般塊體中缺陷性質的模擬技術，以實現準確模擬納米晶材料中輻照損傷微結構跨時間、空間尺度的演化過程。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種模擬輻照缺陷與晶界協同演化的方法，該方法同時將晶界運動事件納入到OKMC模擬缺陷演化框架中，以考察晶界運動或相變參與的缺陷-晶界多尺度相互作用，尤其是缺陷團簇與晶界的交互作用。

本發明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現：

基于雜化LKMC和OKMC模擬納米結構核材料輻照損傷的方法，包括以下步驟

S₁、建立OKMC區域事件速率表格，從缺陷信息數據庫中加載塊體區域空位、自間隙及其團簇擴散、聚集、復合能壘，以及缺陷對象作用半徑數據，根據缺陷類型和其發生的相關事件過程，計算指定溫度下對應的原子過程速率；

S₂、給定LKMC界面，并確定LKMC區域半徑；

S₃、建立LKMC格點與缺陷態之間的映射；

S₄、建立LKMC區域不同缺陷態之間躍遷速率表格；

S₅、擴大計算模型內速率表格；

S₆、建立OKMC與LKMC過渡區域速率表格并進行速率處理；

S₇、建立LKMC區域缺陷團簇事件速率表格并進行速率處理；

S₈、對于OKMC與LKMC內不同區域的事件，調用相應的速率，選擇、執行事件。

進一步改進在于，步驟S₁中，根據模擬體系的差異，設置缺陷運動方式以及計算幾何模型相關的基本參數。