本文研究的出發(fā)點(diǎn)為材料輻照效應(yīng)的相場(chǎng)模擬。為了與實(shí)驗(yàn)參數(shù)符合,傳統(tǒng)相場(chǎng)方法模擬過程中存在一些問題,例如,在核材料受輻照后形成空洞的演化過程中,空位濃度極低,求解Cahn-Hilliard方程變得異常復(fù)雜。在傳統(tǒng)的相場(chǎng)計(jì)算方法中,材料的自由能函數(shù)往往采用Landau多項(xiàng)式,界面能采用擴(kuò)散界面(Diffuse-interface),很難用合適的朗道系數(shù)來擬合真實(shí)輻照下的空位濃度。因此,我們產(chǎn)生了發(fā)展更加適合的相場(chǎng)模型的想法。基于對(duì)速率理論的繼承和受鋰電池枝晶生長相場(chǎng)模型的啟發(fā),我們發(fā)展了一套適用于溶質(zhì)陡峭界面的基于擴(kuò)散-反應(yīng)的相場(chǎng)模型。在該模型中,將新相的形核長大過程視為新相和溶質(zhì)在相界面的反應(yīng),并對(duì)擴(kuò)散方程進(jìn)行了修正以添加反應(yīng)項(xiàng)。我們將該模型應(yīng)用于輻照損傷領(lǐng)域,研究了空洞在不同輻照強(qiáng)度下的形核長大過程,多晶體系下的空洞演化,輻照的深度效應(yīng),三維輻照模擬和界面能效應(yīng),發(fā)現(xiàn)很好的解決傳統(tǒng)模型的常見問題:例如空位濃度可以接近實(shí)驗(yàn)值而且模擬的時(shí)間尺度得到了顯著提高。然后,我們進(jìn)一步擴(kuò)展了反應(yīng)擴(kuò)散相場(chǎng)模型,發(fā)展了耦合彈性能的擴(kuò)散-反應(yīng)相場(chǎng)方法,并將該模型應(yīng)用到氫化物的演化體系和多元合金生長體系中,得到了空間各向異性析出相形貌。在反應(yīng)擴(kuò)散相場(chǎng)模型的基礎(chǔ)上,我們還發(fā)展了相場(chǎng)勢(shì)表方法,擺脫了擬合系數(shù)的復(fù)雜,使得相場(chǎng)模型全數(shù)字化。最終我們開發(fā)了一套基于MPI和GPU的并行化相場(chǎng)程序計(jì)算包,易于開發(fā),集成了長程相互作用解法器,對(duì)大尺度高精度的相場(chǎng)模型提供了更方便的工具。我們使用程序包模擬了多鐵材料中大尺度拓?fù)錅u旋疇的動(dòng)力學(xué)演化和聚合物中磁性顆粒的演化,很好的解釋了實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB30
【部分圖文】：

中缺陷團(tuán)簇的排列在Ｏ．ｌｄｐａ時(shí)開始變得明顯，并且持續(xù)到２０ｄｐａｌ５７，５８］。由于??鎳和銅的質(zhì)量相近，晶格結(jié)構(gòu)相同，鎳和銅經(jīng)常被用來比較研宄輻照損傷效??應(yīng)。圖２－２?（ａ）顯示在金屬鎳中不同輻照劑量和輻照溫度情況下，觀測(cè)到的??＜００１＞方向的缺陷團(tuán)簇壁，包括Ｎｉ＋粒子，裂變中子和質(zhì)子輻照，圖中實(shí)心??的標(biāo)志表示能觀測(cè)到缺陷團(tuán)簇壁的區(qū)域。圖２－２?（ｂ）顯示銅在輻照情況下觀??測(cè)到的有序缺陷團(tuán)簇壁的出現(xiàn)（實(shí)心標(biāo)記）和消失（空心標(biāo)記），輻照源包括??０．４Ｍｅｖ質(zhì)子、０．８Ｍｅｖ氣離子、３Ｍｅｖ質(zhì)子、７８０Ｍｅｖ質(zhì)子、銅離子、鐵離子??和裂變中子輻照［５８，６？６４１。從實(shí)驗(yàn)上可以看出，輻照誘導(dǎo)缺陷團(tuán)簇的有序組織??只有在一定輻照條件下才能觀測(cè)到。在發(fā)現(xiàn)輻照誘導(dǎo)空洞形成幾年后，研究??人員發(fā)現(xiàn)了在一定條件下空洞的排列和氣泡的排列。金屬鈮在１０７３Ｋ，??７．５ＭｅｖＴａ＋離子，輻照劑量為３００ｄｐａ的輻照下觀測(cè)到空洞晶系的結(jié)構(gòu)，并且??可以看出空洞形成的晶格結(jié)構(gòu)與原子的晶格結(jié)構(gòu)相同（ＢＣＣ）。金屬鉬的空洞??超晶格同樣會(huì)出現(xiàn)，其輻照參數(shù)為：２Ｍｅｖ?Ｎ＋離子，劑量為ｌＯＯｄｐａ，溫度為??１１４３Ｋ�？梢钥闯隹斩闯Ц竦木Ц癯�(shù)和空洞密度隨著輻照的環(huán)境的改變??而改變

?ａｍ（Ｐ１＋Ｐ２＋？３）＋？１１２［？，（＋＾）＋Ａ（＋３）＋（＋－Ｐ）］＋？，２３２ｕ２??（５１１?＋５１２??ａｉ－？ｍ?￣ｕ?２ｆ２－，??？Ｓｎ?＋５１２?＾ｌｌ?＂＊＂＊Ｓ１２??１１?＊?〇２??叫丨［從＋必１丨＿２２＂ａ而］心??？１２￣?；?１?－＼（Ｑｎ?＋Ｑｎ）ｓｎ?－２ＱｕＱｎｓｉｘ＼?＋?＾－＾ｉ?＝?ａｎ?＋Ｑｎ｛Ｑ＇＾Ｑｎ＼??？ｓ？－５ｉ２?２ｓｕ?■Ｓｉｉ＋－Ｓ１２??Ｐ為極化矢量，＾為朗道多項(xiàng)式系數(shù)，為平面應(yīng)變，Ｓ為電致伸縮系數(shù)，其中對(duì)于ＢａＴｉＯｕＣ＾ｃ＾是溫度的線性道系數(shù)通過Ｌｅｎｇｅｄｒｅ變換都是溫度和應(yīng)變的函數(shù)，也就是和應(yīng)變的函數(shù)。為了能和實(shí)驗(yàn)相圖擬合，朗道多項(xiàng)式越來超過８階，系數(shù)多達(dá)十幾個(gè)，單一的解析形式很難再完全為此，研宄者不斷修改各項(xiàng)系數(shù)，甚至將其變成溫度應(yīng)變ｄａｕ多項(xiàng)式的擬合參數(shù)也變得越來越復(fù)雜。??＇？、￣￣￣??

但是由于材料中普遍存在硬化，屈服應(yīng)力應(yīng)該被修正為一應(yīng)力和硬化的??函數(shù)＆?＝１（＾（７），例如我們通過使用線性硬化模型修正了完美彈塑性模型??得到的應(yīng)變應(yīng)力加載曲線（圖２－４）。能夠處理真實(shí)塑性形變的相場(chǎng)模型是未??來研宄的方向之一。??…醫(yī)－－ｐｅｒｆｅｃｔ?ｐｌａｓｔｉｃ?ｍｏｄｅｌ??？?ｌｉｎｅａｒ?ｈａｒｄｅｎｉｎｇ?ｍｏｄｅｌ??：：Ａ＾＾?—??＾?〇６－?／??Ｉ０４＇?／??〇２?／??０．０－??０．０００?０．００５?０．０１０?０．０１５?０．０２０??ｓｔｒａｉｎ??圖２－４相場(chǎng)模型中得到的完美塑性和線性硬化彈塑性應(yīng)變應(yīng)力關(guān)系。??２．３輻照條件下空洞演化的相場(chǎng)模擬??輻照金屬中的空洞和空洞晶系的形成是一個(gè)非平衡相變的過程，空洞的??演化可以通過自由能的演化得到。由于點(diǎn)缺陷濃度極低，符合稀釋溶質(zhì)熱力??學(xué)模型，含有空位空洞的金屬體系熱力學(xué)勢(shì)有以下形式［７１］：??０｛Ｐ，Ｔ，?Ｎ，ｎ）?＝?Ｎ／．ｉ０｛Ｐ，Ｔ）?＋?ｎｋＢＴｌｎ（？／ｅＮ）?＋?ｎＥｆ?（Ｐ，Ｔ）?（?２－２８?）??因此可以得到空洞空位體系的化學(xué)勢(shì)：??／ｊ（Ｐ，?Ｔ）?＝?ｄ（Ｄ／ｄｎ?＝?ｋＢＴ?Ｉｎ?ｃｖ?＋?Ｅｆ｛Ｐ，?Ｔ）??（２－２９?）??其中ｃｖ為空位濃度，五７為空位形成能�？紤]一級(jí)近似，點(diǎn)缺陷流為化??學(xué)勢(shì)的梯度：??／?－?ｒ生??Ｊｋ?－?￣Ｙｋｉ??ｏｘ＇?（?２－３０?）??其中＆為動(dòng)力學(xué)系數(shù)，由粒子數(shù)守恒可以得到：??＝?－ＶＪ?＝?ｖｋｒｋｌｖｌＭ（ｃｖ（ｘｊ））??（２－３１）??－２１?－??
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本文編號(hào)：2865243