自适应加速分子动力学的研究及其在α-Fe中间隙原子扩散机制时间多尺度分析中的应用
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51201101
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0101.金属材料设计、计算与表征
- 结题年份:2015
- 批准年份:2012
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2013-01-01 至2015-12-31
- 项目参与者:顾剑锋; 韩利战; 吴明辉; 熊凯;
- 关键词:
项目摘要
Multiscale analysis of materials, with significant scientific and application values, is now a challenging topic and frontier in pushing the development of materials science. At present, one of the main bottleneck in materials multiscale research is the modeling and algorithm realization of multi-time-scale analysis method. This project aims to develop a new kind of multi-time-scale analysis method which is called adaptive accelerated molecular dynamics (AAMD). In AAMD, together with the features and advantages of hyperdynamics and metadynamics, newly developed density estimator methods are applied to establish the smooth distribution of atomic configuration with respect to collective variables, based on which a kind of adaptive bias potential is constructed and then mixed with classical molecular dynamics. AAMD is then used to launch the simulations of diffusion of interstitial atoms C and N in α-Fe lattice and areas nearby dislocations at different temperatures, in which atomic scale and experimental time scale can be achieved..This project will not only push the development and application of multi-time-scale analysis method, but also help to deeply understand the diffusion mechanism of two different interstitial atoms in α-Fe, and then gain deep insights of the effect of interstitial atoms on properties and characteristics of steels.
材料多尺度分析是推进材料学科发展的前沿与难点,具有重大的科学与应用价值。目前材料多尺度研究领域的主要瓶颈之一是时间多尺度分析方法的建模和算法实现。本项目拟综合超动力学和巨动力学的特点和优势,采用最新发展的密度场估计方法,建立集合参量关于原子构型的光滑分布模型,并构建一种自适应偏移势,进而与经典分子动力学进行融合,发展一种新型的时间多尺度分析方法- - 自适应加速分子动力学。在此基础上,利用发展的自适应加速分子动力学对不同温度下间隙原子C、N在α-Fe晶格中及位错近邻区域的扩散过程开展空间尺度具有原子级别、时间尺度具有实验室(以上)级别的分子动力学模拟。.本项目的研究将推动时间多尺度分析方法的发展和应用,并有助于深入了解α-Fe中两种间隙原子的扩散机制及其异同,从而为充分认识间隙原子对钢特性的影响机理提供有价值的参考。
结项摘要
本项目完成了集合参量关于原子构型的分布模型的建立,在此基础上设计了自适应偏移势的构建算法,并将其引入至经典动力学方法中,完成了自适应偏移势构建的算法实现。应用密度泛函理论工具和过渡态搜寻方法对N原子在α-Fe晶格的扩散行为展开了深入研究,获得了α-Fe中N原子的表面和体扩散路径和扩散激活能,阐明了N、C间隙原子在α-Fe中扩散机制的异同。进一步研究了gamma-Fe中N原子与空位(v)的相互作用,获得了N-v点缺陷团簇的分布与N原子浓度和温度的关系,揭示了空位浓度随N化学势变化的机理,验证了Kirchheim的热力学理论。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
α-Ti 单晶失稳机制和初始塑性的多尺度研究
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:中国有色金属学报 (中文版)
- 影响因子:--
- 作者:顾剑锋;熊凯;刘晓晖
- 通讯作者:刘晓晖
Orientation-dependent crystal instability of gamma-TiAl in nanoindentation investigated by a multiscale interatomic potential finite-element model
通过多尺度原子间势有限元模型研究纳米压痕中γ-TiAl的取向依赖性晶体不稳定性
- DOI:10.1088/0965-0393/22/8/085013
- 发表时间:2014-11
- 期刊:Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering
- 影响因子:1.8
- 作者:Kai Xiong;Xiaohui Liu;Jianfeng Gu
- 通讯作者:Jianfeng Gu
Phonon instability of Co single crystal in uniaxial tension and nanoindentation
Co单晶在单轴拉伸和纳米压痕中的声子不稳定性
- DOI:10.1016/j.commatsci.2014.11.055
- 发表时间:2015-03
- 期刊:Computational Materials Science
- 影响因子:3.3
- 作者:Kai Xiong;Xiaohui Liu;Chuanwei Li;Jianfeng Gu
- 通讯作者:Jianfeng Gu
First-principles simulations of iron with nitrogen: from surface adsorption to bulk diffusion
铁与氮的第一性原理模拟:从表面吸附到体扩散
- DOI:10.1088/0965-0393/21/4/045004
- 发表时间:2013-06
- 期刊:Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering
- 影响因子:1.8
- 作者:M. H. Wu;X. H. Liu;J. F. Gu;Z. H. Jin
- 通讯作者:Z. H. Jin
Multiscale modeling of lattice dynamical instability in gamma-TiAl crystal
γ-TiAl 晶体晶格动力学不稳定性的多尺度建模
- DOI:10.1088/0965-0393/23/4/045006
- 发表时间:2015-04
- 期刊:Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering
- 影响因子:1.8
- 作者:Kai Xiong;Xiaohui Liu;Jianfeng Gu
- 通讯作者:Jianfeng Gu
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