[發明專利]一種輻照缺陷和納米相協同演化的相場模擬方法

有效

• 申請號: 202010599137.9
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111899819B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 李永勝;嚴正偉
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/20;G06F17/11;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

1.一種輻照缺陷和納米相協同演化的相場模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)利用合金熱力學自由能進行缺陷和納米相系統的熱力學描述；

(2)根據熱力學描述，求解輻照下缺陷和納米相系統的化學自由能和彈性能；

(3)基于Chan-Hilliard擴散方程，建立輻照下缺陷和納米相演變的相場動力學方程；

(4)根據輸入變量來模擬不同輻照條件下缺陷和納米相的組織形貌以及成分演變，分析不同輻照條件下缺陷對相分解動力學規律的影響；步驟(1)中的熱力學描述包括：系統的化學自由能、彈性能、梯度能，具體如下：

其中F為系統總的自由能，f_chem為合金的化學自由能，V_m為合金的摩爾體積，i代表合金元素，c_i為元素i的原子分數，c_V和c_I分為空位和間隙原子的原子分數，k_j,其中j＝i,V,I為梯度能系數，f_elas為彈性能密度；將缺陷的形成能及其濃度耦合到系統的化學自由能中，步驟(2)中的化學自由能可表示為：

其中i≠k其中和分別為空位和間隙原子形成能，為元素i的吉布斯自由能，k代表合金元素，c_k為元素k的原子分數，L_ik為原子間相互作用參數。

2.根據權利要求1所述的輻照缺陷和納米相協同演化的相場模擬方法，其特征在于，將缺陷和應變所引起成分的不均勻耦合到本征應變中，步驟(2)中的彈性能密度可表示如下：

其中C_ijkl為彈性模量，為本征應變，具體表達為：

其中ε₀，ε_V0，和ε_I0分別為成分不均勻以及空位和間隙原子引入產生的晶格膨脹系數，彈性應變ε_kl與位移有關，其表達式為：

通過將缺陷有關量耦合到化學自由能和彈性能中，便于利用相場法來描述缺陷的演變及其對相分解的影響。

3.根據權利要求1所述的輻照缺陷和納米相協同演化的相場模擬方法，其特征在于，步驟(3)中所描述的輻照缺陷和納米相協同演變的動力學方程為：

其中M為合金的化學遷移率，M_j,其中j＝V,I，為空位和間隙原子遷移率，ξ_j,其中j＝V,I為引發點缺陷隨機分布的熱起伏，P_j,其中j＝V,I和S_j,其中j＝V,I分別為缺陷的產生速率和湮滅速率，R_VI為缺陷的合并速率；在相場模擬計算中利用半隱式傅里葉譜算法對動力學演變方程進行求解，得出成分與時間和空間位置關系，通過定量的分析來完成步驟(4)中不同輻照條件下缺陷和納米相組織形貌特征，同時探尋缺陷對相分解動力學的影響規律。