フェーズフィールド法「エコ」ソフトウエアの開発と公開

相场法“Eco”软件开发并发布

• 批准号: 22K04794
• 负责人: 大出 真知子
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04794/
• 关键词: フェーズフィールド法; PyCalphad; OpenCalphad; 凝固解析; 凝固; CALPHAD; ソフトウェア

本研究では、計算材料科学を専門としない研究者や技術者が容易に利用できるフェーズフィールド法ソフトウェア作成・公開を目的とする。ユーザービリティの向上のためには、モデルの物理的な妥当性と実用性を考慮しつつ、ユーザーの選択肢を最小限に抑えたソフトウェア設計が最重要である。また高額な有償ライブラリーの購入を前提とするソフトウェアはユーザーの利用障壁を上げるため、使用ライブラリーはオープンソースに限定する。ここでソフトウエアの実用性は、NIMSが公開している計算状態図DB（TDBファイル）を利用可能とすることで向上させる。本年度は１．TDBファイルを利活用するためのライブラリーの評価、２．α版アプリの試作を行った。１の候補ライブラリにはOpenCalphad（Fortran）、PyCalphad（Python）がある。評価はNIMS計算状態図データベース（CPDDB）で公開されているFe-C系のTDBファイルを使用し、それぞれのライブラリパッケージを利用して、液相、BCC相、FCC相の3相の自由エネルギー計算を行うプログラムを作成し計算速度・精度を比較した。計算速度、計算精度ともにOpenCalphadが優れていたものの、OpenPhaseはフェーズフィールド計算に必須の関数計算値の利用に困難さがあること、PythonにはGUI作成の容易性で利があることから２．のα版作成にはPyCalphadを採用した。２．について、Python-eelライブラリを用いてGUIを実装し、事例研究としてCu-Ni系、Cu-Ni-Si系の一次元凝固偏析計算をおこなうアプリケーションを作成し、学会にて成果の公表を行った。

这项研究的目的是创建和发布相场方法软件，以便非计算材料科学专业的研究人员和工程师可以轻松使用。为了提高可用性，最重要的是设计软件，在考虑模型的物理有效性和实用性的同时，最大限度地减少用户的选择。另外，由于需要购买昂贵的付费库的软件增加了用户使用的门槛，因此使用的库仅限于开源。通过提供NIMS发布的计算状态图数据库（TDB文件），提高软件的实用性。今年是1.评估利用 TDB 文件的库，2。我们制作了该应用程序 alpha 版本的原型。第一名的候选库包括 OpenCalphad (Fortran) 和 PyCalphad (Python)。评估使用NIMS计算相图数据库（CPDDB）中发布的Fe-C系统的TDB文件，并使用各自的库包进行三相：液相、BCC相和FCC相的自由能计算我们创建了一个程序来执行此操作并比较了计算速度和准确性。尽管OpenCalphad在计算速度和精度方面均较优越，但OpenPhase在使用相场计算所必需的函数计算值方面存在困难，而Python具有易于创建GUI的优势。 2． PyCalphad 用于创建 alpha 版本。 2.我们使用Python-eel库实现了一个GUI，创建了一个应用程序来对Cu-Ni和Cu-Ni-Si系统进行一维凝固偏析计算作为案例研究，并在学术会议上公布了结果。