Atomistic modeling of dislocation dynamics with first principles accuracy

具有第一原理精度的位错动力学原子建模

基本信息

批准号：
21K04631
负责人：
森英喜
金额：
$ 2.66万
依托单位：
College of Industrial Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、これまでに開発に成功した密度汎関数(DFT)精度をもつ体心立方(BCC)鉄ニューラルネットワーク型(ANN)原子間ポテンシャルを用いて原子モデリングに基づいた大規模な転位進展解析を行うことである。転位進展のダイナミクスを定量的かつ複合的に解析を行うとともに、特に、金属強度に大きな影響を与える転位と析出物やボイドなどの障害物との相互作用を解析することである。本年度では，前年度でおこなった高速化を行ったANN原子間ポテンシャルを用いて、100万原子規模での分子動力学法による高精度大規模な転位動力学計算を行った。刃状転位と応力によって進展させ、進路上にあるボイド(空孔)と接触させることによって、転位とボイドとの相互作用を解析を行った。特に刃状転位がボイドを通過するの必要な臨界せん断応力および転位の張り出し形状の詳細を原子レベルで解析した。また、従来用いられている原子埋め込み法(EAM)などの簡便な経験的ポテンシャルをもちいて同条件で解析を行い、解析結果の比較を行った。これより、従来のEAMポテンシャルの結果と比較してANN原子間ポテンシャルでは，通過のための臨界せん断応力は15％程低いことが分かった。また、EAMポテンシャルでは転位の張り出しが非対称になることが従来知られおり今回の解析でも確認出来た。それに対してANN原子間ポテンシャルを用いた解析ではこのような現象は起こらず、張り出し形状はほぼ対称であった。これは前年度に解析を行った結果と比較することによって、EAMポテンシャルでの非対称な張り出し形状はEAMポテンシャルが様々な混合転位の易動度(パイエルス応力)を過大評価しているためであると結論付けることが出来た。また、剛体球と刃状転位との大規模長時間解析も実施中である。

这项研究的目的是使用先前开发的具有密度泛函（DFT）精度的体心立方（BCC）铁神经网络类型（ANN）原子间势来分析基于原子建模的大规模位错。分析。除了定量和综合分析位错生长的动力学外，我们还特别分析了位错与析出物和空隙等障碍物之间的相互作用，这些障碍物对金属强度有很大影响。今年，我们利用ANN原子间势，利用分子动力学方法，在100万个原子的尺度上进行了高精度、大规模的位错动力学计算，这一计算速度比前一年有所加快。我们通过允许边缘位错因应力而发展并在其路径上与空隙接触来分析位错和空隙之间的相互作用。特别是，在原子水平上分析了刃型位错穿过空隙所需的临界剪切应力以及位错悬垂形状的细节。另外，使用以往使用的原子嵌入法（EAM）等简单的经验势，在相同条件下进行分析，并对分析结果进行比较。这表明 ANN 原子间势中的通过临界剪切应力比传统 EAM 势中低约 15%。此外，已知位错突出在 EAM 势中变得不对称，这一点在本分析中得到了证实。另一方面，在使用ANN原子间势的分析中没有发生这种现象，并且悬垂形状几乎是对称的。通过与前一年的分析结果进行比较，我们发现 EAM 势的不对称悬垂形状是由于 EAM 势高估了我能够得出的各种混合位错的迁移率（佩尔斯应力）。一个结论。我们还对硬球和刃位错进行大规模、长期的分析。