《多尺度模型算法發展及多化學組元協同效應與合金設計》是依託清華大學，由王崇愚擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多尺度模型算法發展及多化學組元協同效應與合金設計
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王崇愚
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目屬以計算材料物理為中心與計算數學及物理實驗和合金設計為研究的多學科交叉研究。.本項目以繼續發展和套用我們提出的兩類多尺度-跨層次模型算法（能量密度方法及物理參量解析傳遞方法）以及複雜體系多化學組元協同效應為科學主題。協同模式能量密度方法中跨尺度區局域效應與其環境的耦合機制及數學表述以及化學因素和結構缺陷電子效應與材料物性的相關性是其研究重點。物理參量解析傳遞方法以其深刻的電子效應背景套用於先進戰機葉片材料也是本項目的重點。以單晶高溫合金多化學組元為背景，化學元素的協同效應列為本課題的重要探索方向，它涉及先進戰機材料的成分設計，關係國家安全。探索發展第一原理大尺度計算方法（PDVM-DAC-MPI）也在重點研究之中。.理論算法的發展及其套用於關係國家安全背景的高溫合金為本項目特色之一。第一原理算法發展與計算數學及多種物理實驗及力學實驗體現本項目的交叉學科特色。
結題摘要
研究工作重要進展 1、多尺度算法發展及套用 （1）多尺度序列算法發展及套用 在跨越量子力學與經典力學相關聯的物理參量解析傳遞算法方面，選擇與合金位錯運動及蠕變斷裂行為密切相關的堆垛層錯問題及反相疇問題，研究給出了系列重元素及過渡族元素對交滑移激活焓及層錯能的影響。出版了兩篇論文。 （2）多尺度能量密度算法發展 進一步分析計算多尺度跨“原子層”耦合問題，提出體系總能量“格點”分解方法，給出分解靜電項的解析表式及數值算法。 （3）建立多尺度力匹配方法 基於對高溫合金屈服強度的關注，發展了涉及第一原理及晶格格林函式計算以及彈性力學理論的力匹配算法。 2、發展多組元原子間相互作用勢 在引入原子電荷轉移及彈性約束條件下發展建立了多組元原子間相互作用勢Ni-Al-Re勢，EAM方法創建者、著名教授M. I. Baskes 在該論文評審信中寫到：這是一項“Excellent Work”! 3、多組元高溫合金中元素間協同效應研究 基於第一原理計算，原子探針實驗及高分辨球差校正掃描透射電鏡觀測，給出了Ni-Al-Re-Ru合金中各類原子分布，原子占位及元素偏聚現象以及合金電子結構及能量學信息，發現Re-Ru之間具協同偏聚現象，反映Ru導致Re元素“相分布”轉移。該工作對多組元合金成分設計具有深層次啟示。 4、高溫合金中裂紋擴展及晶格捕獲效應研究 （1）基於我們發展的Ni-Al-Re多組元勢研究了合金中重元素Re對裂紋擴展的作用，研究指出裂紋擴展速度、裂紋鈍化行為以及位錯發射行為依賴於重元素Re含量。有關不穩定堆垛能及表面能和劈裂功的計算，給出了重元素Re合金強化效應。（2）基於多組元Ni-Al-Re原子間相互作用勢及應力場分析研究了多種裂紋體系（(hkl)[uvw]）與晶格捕獲及斷裂應力的相關機制，研究指出晶格捕獲效應、裂紋取向類型及合金斷裂應力依賴於重元素Re含量。 5、分析性研究了大尺度體系線性標度並行算法以及密度泛函理論中交換關聯勢分析計算問題。
