原子动力学蒙特卡洛程序OpenKMC在反应堆压力容器钢缺陷损伤研究中的优化与应用

发布时间：2025-06-10 00:28

　　 将具有体心立方结构的Fe-Cu二元合金作为RPV模型材料,分别采用基于Pair势和嵌入原子势(EAM)的动力学蒙特卡洛方法,以引入空位点缺陷的方式模拟了热时效下系统中富铜团簇的析出过程。同时对程序实现了计算优化,并验证了算法的正确性与有效性。利用高性能计算资源对优化后的程序进行了性能分析。数值实验结果表明,通过引入一定数量的空位点缺陷,体系内可以同时析出富铜团簇和铜-空位复合体团簇,并且这种复合体团簇更易成为体系内尺寸最大的团簇。增加体系内的空位数量可以加快沉淀的析出过程。另外,增加空位数量不会对体系总的团簇数量密度产生显著影响,但是能够促进团簇粗化,使其成长为尺寸更大的沉淀。

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【部分图文】：

图1 bcc晶格体心原子的三重近邻

KMC模拟方法是一种通过构造随机过程来模拟体系长时间演化的方法。经典的原子动力学蒙特卡洛AKMC(AtomicKineticMonteCarlo)方法[10]利用晶格点阵来映射原子与格点的位置关系,应用于提供控制微观系统演化的精确解。α-Fe的晶格为体心立方(bcc)结构,....

图2 Pair截断半径推导立体图

截断半径的推导过程在三维坐标系中完成。假设发生跃迁交换的原子分别为i和j,并在坐标系中固定i和j的位置坐标。确定Pair势能模型下最远处需要被更新的空位位置可以分为下面3个步骤:(1)找到j原子附近2层近邻内的全部原子并记录坐标;(2)分别计算这些原子与i原子的距离,找到其中一个....

图3 Pair截断半径推导三视图

图2Pair截断半径推导立体图若记i原子坐标为i(1,1,1),则有k(4,4,4),故i与k的距离值dPair=33,并将这个长度作为Pair势能模型下空位选取的截断半径长度。同时本文给出原子间近邻层数与距离的关系如表1所示。表1中数据是体系中晶格的边长为2的情况下,一....

图4 EAM截断半径推导立体图

通过相同的思路,可以确定EAM势能模型下空位更新的截断半径。与Pair势能模型的区别在于,EAM势能模型的原子间相互作用考虑到第3近邻位置,因此在寻找空位k步骤的第1步里要找到j原子附近3层近邻内的全部原子并记录坐标,接着执行相同的第2步和第3步。计算出的EAM势能模型下的截断半....

本文编号：4050040