[發(fā)明專利]輻照下鋯基合金中位錯環(huán)半徑動力學(xué)模擬方法及模型系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011371063.X
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112507539B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳璐;張偉;信天緣;何文;伍曉勇;潘榮劍;覃檢濤;滕常青;方忠強;楊帆;溫榜;毛建軍;張爍;宋小蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國核動力研究設(shè)計院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發(fā)明公開了輻照下鋯基合金中位錯環(huán)半徑動力學(xué)模擬方法及模型系統(tǒng)，涉及核材料輻照模擬技術(shù)領(lǐng)域，其技術(shù)方案要點是：基于反應(yīng)速率理論方法建立模擬位錯結(jié)構(gòu)的演化和輻照生長模型；建立基于演化和輻照生長模型的位錯環(huán)半徑動力學(xué)模型；將獲取的材料參數(shù)作為數(shù)值模擬參數(shù)輸入至位錯環(huán)半徑動力學(xué)模型；位錯環(huán)半徑動力學(xué)模型根據(jù)數(shù)值模擬參數(shù)模擬計算位錯環(huán)半徑與合金元素含量、晶粒尺寸、溫度、劑量率的依賴關(guān)系。本發(fā)明能夠模擬研究輻照劑量對位錯環(huán)半徑、位錯密度的影響，還可以用于研究錫和鈮作為鋯基合金中的合金元素對位錯環(huán)生長動力學(xué)、力學(xué)性能和輻照生長的影響，預(yù)測范圍廣，還能夠保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核材料輻照模擬技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，它涉及輻照下鋯基合金中位錯環(huán)半徑動力學(xué)模擬方法及模型系統(tǒng)。

背景技術(shù)

多尺度數(shù)值模擬是研究核材料輻照損傷的最有效方法之一。在多尺度模型中，可以在不同時間尺度和空間尺度上研究輻照缺陷的形成過程，進(jìn)而可以得出材料力學(xué)性能的變化情況。與中子輻照實驗研究相比，該方法成本較低、周期可控，還能夠?qū)崿F(xiàn)實驗所不能達(dá)到或者要達(dá)到也要付出巨大代價的實驗條件。

在多尺度數(shù)值模擬的方法中，比較有效的就是反應(yīng)速率理論方法。速率理論是一種模擬核材料輻照損傷微觀結(jié)構(gòu)演化的方法，通過建立微觀尺度下的缺陷與基體原子之間的反應(yīng)方程，從而求解缺陷及其團(tuán)簇的濃度。在計算中，反應(yīng)速率通常正比于反應(yīng)物濃度的乘積，比例系數(shù)就是反應(yīng)速率系數(shù)。速率理論可以描述材料中點缺陷、缺陷團(tuán)簇和缺陷阱之間準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)的，該方法有很多優(yōu)勢。速率理論能夠通過缺陷及其團(tuán)簇的濃度，確定核材料中微空洞和位錯環(huán)的演化過程，實現(xiàn)預(yù)測核材料中的輻照生長、輻照腫脹、輻照硬化等輻照效應(yīng)。同時，它還可以定義晶界對位錯環(huán)的影響，根據(jù)晶粒位置獲得晶粒內(nèi)部應(yīng)變的局部分布。

近幾十年來，國際上通過采用速率理論預(yù)測如輻照腫脹、輻照生長和輻照誘導(dǎo)析出等輻照效應(yīng)。雖然我國近些年來在數(shù)值模擬方向的發(fā)展較快，但在介觀尺度模擬上與國際發(fā)達(dá)國家速率理論的研究進(jìn)展差距很大。部分國家已經(jīng)成熟應(yīng)用速率理論開發(fā)了一些程序，但這些程序并不具有普適性。同時，各個國家的研究組對于缺陷之間相互作用的理解并不一致，因此程序之間相互借鑒的只有物理機制，缺陷之間的反應(yīng)項無法完全覆蓋。目前，尚未有任何一個模型可以準(zhǔn)確模擬核材料中缺陷的反應(yīng)過程，國內(nèi)外開發(fā)的相關(guān)程序也均不能達(dá)到理想的準(zhǔn)確度。因此，如何研究設(shè)計一種基于反應(yīng)速率理論的輻照下鋯基合金中位錯環(huán)半徑動力學(xué)模擬方法及模型系統(tǒng)是我們目前急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供輻照下鋯基合金中位錯環(huán)半徑動力學(xué)模擬方法及模型系統(tǒng)。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的：

第一方面，提供了輻照下鋯基合金中位錯環(huán)半徑動力學(xué)模擬方法，包括以下步驟：

S101：基于反應(yīng)速率理論方法建立模擬位錯結(jié)構(gòu)的演化和輻照生長模型；

S102：建立基于演化和輻照生長模型的位錯環(huán)半徑動力學(xué)模型；

S103：將獲取的材料參數(shù)作為數(shù)值模擬參數(shù)輸入至位錯環(huán)半徑動力學(xué)模型；

S104：位錯環(huán)半徑動力學(xué)模型根據(jù)數(shù)值模擬參數(shù)模擬計算位錯環(huán)半徑與合金元素含量、晶粒尺寸、溫度、劑量率的依賴關(guān)系。

進(jìn)一步的，所述演化和輻照生長模型建立具體為：

二元鋯基合金中A、B兩種原子的濃度分別為c_A、c_B，c_A、c_B服從守恒定律c_A+c_B＝1；