[發明專利]含缺陷金屬材料的新型動力學蒙特卡洛建模方法

在審

• 申請號: 202210086362.1
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114528698A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 王麗芳;周洪波;宋海峰;呂廣宏;高興譽;侯鵬偉;李宇浩;鄭暉;孫博
• 申請（專利權）人: 北京應用物理與計算數學研究所;北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京薈英捷創知識產權代理事務所(普通合伙) 11726
• 代理人: 左文

本發明提供了一種含缺陷金屬材料的新型動力學蒙特卡洛建模方法，涉及微觀動力學技術領域，該方法包括：獲取含缺陷金屬材料面向動力學蒙特卡洛模擬的微觀動力學事件的演化行為模型；其中，微觀動力學事件包括缺陷結合/解離事件、缺陷發射/吸收事件和缺陷擴散事件中的任意一個或多個事件；基于高效物理建模算法獲取動力學演化行為模型中的目標參數，建立目標參數的高效物理模型；其中，高效物理模型為反映目標參數隨缺陷信息的高概率變化規律的近似模型，缺陷信息包括缺陷類型和缺陷尺寸。本發明能夠降低動力學演化行為分析復雜度，提升了對于含缺陷金屬材料的動力學演化行為的建模效率及分析效率。

技術領域

本發明涉及微觀動力學技術領域，尤其是涉及含缺陷金屬材料的新型動力學蒙特卡洛建模方法。

背景技術

含缺陷金屬材料體系的動力學蒙特卡洛模擬由于缺陷的存在，導致體系可能存在的微觀動力學事件變得非常多，可能高達幾百至幾千個，都需要確定其相應的參數，極度增加了建模和定參的復雜度。一般來說，金屬中常見的缺陷類型包括空位、間隙、雜質及其團簇等。目前，面向含缺陷金屬材料的動力學蒙特卡洛建模技術方案主要包括即時第一性原理計算和預置分子動力學事件列表，但是，即時第一性原理計算和預置分子動力學事件列表存在建模耗時較長，效率低，無法模擬金屬中缺陷的長時間演化過程，同時還存在微觀模型復雜，且模型中需要計算的參數較多的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種含缺陷金屬材料的新型動力學蒙特卡洛建模方法，能夠降低動力學演化行為分析復雜度，提升了對于含缺陷金屬材料的動力學演化行為的建模效率及分析效率。

為了實現上述目的，本發明實施例采用的技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供了一種含缺陷金屬材料的新型動力學蒙特卡洛建模方法，包括：獲取含缺陷金屬材料面向動力學蒙特卡洛模擬的微觀動力學事件的演化行為模型；其中，所述微觀動力學事件包括缺陷結合/解離事件、缺陷發射/吸收事件和缺陷擴散事件中的任意一個或多個事件；基于高效物理建模算法獲取所述動力學演化行為模型中的目標參數，建立所述目標參數的高效物理模型；其中，所述高效物理模型為反映所述目標參數隨缺陷信息的高概率變化規律的近似模型，所述缺陷信息包括缺陷類型和缺陷尺寸。

進一步，所述目標參數隨缺陷信息的高概率變化規律的近似，包括：所述含缺陷金屬材料的缺陷及其團簇近似為球形，所述含缺陷金屬材料中缺陷運動的嘗試頻率隨所述缺陷尺寸的增加而降低，所述含缺陷金屬材料中的穩定雜質缺陷團簇為球形，及所述含缺陷金屬材料中的缺陷團簇的整體擴散是通過團簇邊緣原子遷移的微觀機制完成的中任意一個或多個。

進一步，所述微觀動力學事件包括所述缺陷結合/解離事件和/或所述缺陷擴散事件，所述動力學演化行為模型為：

其中，k_B為玻爾茲曼常數，T為溫度，Kⁱ為事件i發生缺陷結合/解離事件，或者缺陷擴散事件的躍遷頻率，為事件i下的嘗試頻率，為事件i下躍遷激活能；當所述含缺陷金屬材料的缺陷為純缺陷團簇時，所述事件i下包括所述缺陷類型為空位型缺陷V且所述缺陷尺寸為N_V的缺陷發生的結合/解離事件或者擴散事件、所述缺陷類型為間隙型缺陷I且所述缺陷尺寸為N_I的缺陷發生的結合/解離事件或者擴散事件，以及所述缺陷類型為雜質型缺陷X且所述缺陷尺寸為N_X的缺陷發生的結合/解離事件或者擴散事件；當所述含缺陷金屬材料的缺陷為混合型缺陷時，所述事件i下包括所述缺陷尺寸為N_V的空位型缺陷V與所述缺陷尺寸為N_X的雜質型缺陷X發生的結合/解離事件或者擴散事件，以及所述缺陷尺寸為N_I的間隙型缺陷I與所述缺陷尺寸為N_X的雜質型缺陷X發生的結合/解離事件或者擴散事件。