[發明專利]一種用于模擬核反應堆關鍵材料位錯運動的并行求解方法

有效

• 申請號: 202010544898.4
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111783284B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 胡長軍;任帥;楊文;賀新福;儲根深;王玨
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種用于模擬核反應堆關鍵材料位錯運動的并行求解方法，能夠提高求解速度。所述方法包括：S1，對位錯線增加應力并同時更新位錯線上的點缺陷，在介觀尺度模擬位錯運動及其與點缺陷相互作用的計算模型；S2，將計算模型中的所有結構演化力學方程劃分到多個進程上，對結構演化力學方程進行并行求解，得到位錯線對其上每個點缺陷施加的線張力合力；S3，根據得到的線張力合力判斷是否滿足去釘扎或繞過條件，若不滿足，則返回S1；若滿足，則將應力重置為0后，返回S1；S4，按照S1?S3循環執行，直到使位錯線穿過滑移平面上所有的點缺陷。本發明涉及核材料領域。

技術領域

本發明涉及核材料領域，特別是指一種用于模擬核反應堆關鍵材料位錯運動的并行求解方法。

背景技術

位錯是一種材料中的固有缺陷，晶體滑移過程是通過位錯的運動來進行的。位錯易捕獲輻照產生的點缺陷和小缺陷團簇而形成位錯環，對材料的力學性質如硬化有著決定性的影響。通常采用位錯動力學(DD，Dislocation Dynamics)研究位錯在材料內的運動及其與其它缺陷的相互作用。位錯動力學的關鍵在于對位錯段的結構演化力學方程的離散化求解。結構演化的結構演化力學方程是位錯動力學的基礎，其基本思想是假設位錯線各個部分的力時刻保持動力學平衡狀態，并數值求解牛頓運動方程。然而，在核材料領域，位錯運動與點缺陷相互作用的并行計算仍然是一個空白。

發明內容

本發明實施例提供了用于模擬核反應堆關鍵材料位錯運動的并行求解方法，能夠彌補核材料領域位錯運動與點缺陷相互作用的并行計算的空白，且能夠提高求解速度，減少求解時間。所述技術方案如下：

本發明實施例提供一種用于模擬核反應堆關鍵材料位錯運動的并行求解方法，包括：

S1，對位錯線增加應力并同時更新位錯線上的點缺陷，在介觀尺度模擬位錯運動及其與點缺陷相互作用的計算模型；其中，在計算模型中，將位錯線上的每個點缺陷視為一個計算節點，一個計算節點對應一個結構演化力學方程；

S2，將計算模型中的所有結構演化力學方程劃分到多個進程上，對結構演化力學方程進行并行求解，得到位錯線對其上每個點缺陷施加的線張力合力；

S3，根據得到的線張力合力判斷是否滿足去釘扎或繞過條件，若不滿足，則返回S1；若滿足，則將應力重置為0后，返回S1；

S4，按照S1-S3循環執行，直到使位錯線穿過滑移平面上所有的點缺陷。

進一步地，所述對位錯線增加應力并同時更新位錯線上的點缺陷，在介觀尺度模擬位錯運動及其與點缺陷相互作用的計算模型包括：

按照預設的步長對位錯線增加應力，使位錯線向前運動穿過滑移面，與滑移面上的其他點缺陷發生接觸，并同時更新位錯線上的點缺陷；

根據更新后的位錯線上的點缺陷，在介觀尺度模擬位錯運動及其與點缺陷相互作用的計算模型。

進一步地，所述將計算模型中的所有結構演化力學方程劃分到多個進程上，包括：

將計算模型中所有的n個計算節點對應的結構演化力學方程劃分到M個進程上，其中，M為處理器核數；

其中，每個進程，用于負責m個計算節點的計算且各計算節點內部完全獨立計算。

進一步地，所述對結構演化力學方程進行并行求解，得到位錯線對其上每個點缺陷施加的線張力合力包括：

不同的進程確定相應的點缺陷兩側的位錯線張力T₁和T₂；

根據得到的位錯線張力T₁和T₂，通過結構演化力學方程確定位錯線對相應點缺陷施加的線張力合力

進一步地，位錯線張力的表達式為：