Zr基非晶合金辐照效应的微结构机制研究
发布时间：2021-02-15 21:01
非晶合金具有优秀的物理、化学和机械性能,并且表现出异于传统合金的辐照行为,这使其在核能领域有着广阔的应用前景。然而,目前关于非晶合金辐照效应机制的研究仍不充分。因此,本文利用分子动力学（MD）方法模拟了非晶合金的辐照过程,并以其结构中自由体积为特征参量,计算表征了辐照过程中非晶合金的微观结构演化,尝试对其辐照效应的微结构机制进行解释,希望为新型耐辐照材料的设计和开发提供帮助。为准确表征自由体积的数量大小和空间分布,本文设计了一种基于Vorinoi分形的新型自由体积算法,并进行了计算程序的开发。后运用MD方法模拟了PKA在Zr2Cu非晶合金模型中的级联碰撞过程,建立了五个具有代表性的过程结构模型。通过对模型自由体积的计算,本文发现辐照会使材料结构中产生自由体积的激增区,其中包含了“类空位缺陷”及“大尺寸自由体积”。随着级联碰撞过程的发展,模型会通过结构自修复来消除辐照引起的自由体积分布不均匀,具体表现为“类空位缺陷”及“大尺寸自由体积”的迁移和湮灭,最终在弛豫过程中发生整体自由体积的重分布。此时,模型的微观结构基本恢复至未辐照状态,表现出良好的耐辐照性。但辐照仍造成...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
缩略词
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 非晶合金概述
1.2.1 非晶合金的结构特征
1.2.2 非晶合金的发展现状
1.2.3 非晶合金在核能工程中的应用前景
1.3 材料的辐照效应研究
1.3.1 晶态合金的辐照研究现状
1.3.2 非晶合金的辐照研究现状
1.4 本文的主要工作
第二章 研究原理与技术方法
2.1 基于Voronoi分形的非晶合金结构划分
2.1.1 Voronoi分形技术的基本原理
2.1.2 非晶合金结构划分
2.2 基于自由体积的非晶合金结构研究理论
2.2.1 自由体积理论基础
2.2.2 自由体积特征参数
2.2.3 自由体积理论的局限性
2.3 分子动力学模拟技术
2.3.1 分子动力学概述
2.3.2 分子动力学计算原理
2.3.3 原子间的作用势设置
2.3.4 系统边界条件设置
2.3.5 时间积分算法
2.3.6 系综选择
2.4 本章小结
第三章 非晶合金微结构特征参数计算表征的研究
3.1 自由体积算法调研
3.2 新型自由体积算法设计
3.2.1 自由体积定量计算原理
3.2.2 自由体积定位计算
3.2.3 数据重复性筛选及归并
3.3 算法程序的开发和验证
3.2.1 自由体积计算程序说明
3.2.2 程序计算结果验证
3.4 本章小结
第四章 Zr基非晶合金微观辐照响应机制的研究
4.1 引言
2Cu非晶合金辐照过程的MD模拟"> 4.2 Zr2Cu非晶合金辐照过程的MD模拟
2Cu非晶合金模型"> 4.2.1 建立初始态Zr2Cu非晶合金模型
4.2.2 PKA的选取
4.2.3 级联过程中势函数及系综选择
4.2.4 可变时间步长dt
4.3 结果分析及讨论
4.3.0 阶段特征模型的建立
2Cu非晶合金的结构自修复机制"> 4.3.1 Zr2Cu非晶合金的结构自修复机制
4.3.2 自由体积的元素选择性
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 本文主要创新点
5.3 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]解构中国能源体制[J]. 范必. 中国经济周刊. 2018(23)
[2]锆基合金中子辐照损伤模拟的初设条件优化[J]. 蔡光博,杨亮,郭古青. 核技术. 2017(02)
[3]热挤压法Zr基多孔块体非晶合金的制备及血液相容性研究[J]. 索忠源,滕加庄,于东林,邱克强. 热加工工艺. 2014(18)
[4]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[5]低能中子在锆中产生的辐照损伤的计算机模拟研究[J]. 崔振国,勾成俊,侯氢,毛莉,周晓松. 物理学报. 2013(15)
[6]一种Zr基核材料的制备工艺、结构及力学性能研究[J]. 杨亮,黄才龙,戈涛,郭古青,孟祥飞. 核技术. 2012(12)
[7]聚变堆第一镜材料块体金属玻璃表面特性[J]. 文静,董闯,公发全,牟宗信,罗灵杰,赵亚军,羌建兵,王英敏. 强激光与粒子束. 2011(12)
[8]核能发电的优点及世界核电发展动向[J]. 史永谦. 能源工程. 2007(01)
[9]利用高能离子模拟研究反应堆结构材料中的辐照效应[J]. 王志光. 原子核物理评论. 2006(02)
[10]CLAM钢、EUROFER97钢与钨在HT-7托卡马克中辐照后的表面分析[J]. 李强,黄群英,郁金南,李建刚,吴宜灿,何晓雄. 核科学与工程. 2004(02)
本文编号：3035532
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
缩略词
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 非晶合金概述
1.2.1 非晶合金的结构特征
1.2.2 非晶合金的发展现状
1.2.3 非晶合金在核能工程中的应用前景
1.3 材料的辐照效应研究
1.3.1 晶态合金的辐照研究现状
1.3.2 非晶合金的辐照研究现状
1.4 本文的主要工作
第二章 研究原理与技术方法
2.1 基于Voronoi分形的非晶合金结构划分
2.1.1 Voronoi分形技术的基本原理
2.1.2 非晶合金结构划分
2.2 基于自由体积的非晶合金结构研究理论
2.2.1 自由体积理论基础
2.2.2 自由体积特征参数
2.2.3 自由体积理论的局限性
2.3 分子动力学模拟技术
2.3.1 分子动力学概述
2.3.2 分子动力学计算原理
2.3.3 原子间的作用势设置
2.3.4 系统边界条件设置
2.3.5 时间积分算法
2.3.6 系综选择
2.4 本章小结
第三章 非晶合金微结构特征参数计算表征的研究
3.1 自由体积算法调研
3.2 新型自由体积算法设计
3.2.1 自由体积定量计算原理
3.2.2 自由体积定位计算
3.2.3 数据重复性筛选及归并
3.3 算法程序的开发和验证
3.2.1 自由体积计算程序说明
3.2.2 程序计算结果验证
3.4 本章小结
第四章 Zr基非晶合金微观辐照响应机制的研究
4.1 引言
2Cu非晶合金辐照过程的MD模拟"> 4.2 Zr2Cu非晶合金辐照过程的MD模拟
2Cu非晶合金模型"> 4.2.1 建立初始态Zr2Cu非晶合金模型
4.2.2 PKA的选取
4.2.3 级联过程中势函数及系综选择
4.2.4 可变时间步长dt
4.3 结果分析及讨论
4.3.0 阶段特征模型的建立
2Cu非晶合金的结构自修复机制"> 4.3.1 Zr2Cu非晶合金的结构自修复机制
4.3.2 自由体积的元素选择性
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 本文主要创新点
5.3 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]解构中国能源体制[J]. 范必. 中国经济周刊. 2018(23)
[2]锆基合金中子辐照损伤模拟的初设条件优化[J]. 蔡光博,杨亮,郭古青. 核技术. 2017(02)
[3]热挤压法Zr基多孔块体非晶合金的制备及血液相容性研究[J]. 索忠源,滕加庄,于东林,邱克强. 热加工工艺. 2014(18)
[4]非晶态物质的本质和特性[J]. 汪卫华. 物理学进展. 2013(05)
[5]低能中子在锆中产生的辐照损伤的计算机模拟研究[J]. 崔振国,勾成俊,侯氢,毛莉,周晓松. 物理学报. 2013(15)
[6]一种Zr基核材料的制备工艺、结构及力学性能研究[J]. 杨亮,黄才龙,戈涛,郭古青,孟祥飞. 核技术. 2012(12)
[7]聚变堆第一镜材料块体金属玻璃表面特性[J]. 文静,董闯,公发全,牟宗信,罗灵杰,赵亚军,羌建兵,王英敏. 强激光与粒子束. 2011(12)
[8]核能发电的优点及世界核电发展动向[J]. 史永谦. 能源工程. 2007(01)
[9]利用高能离子模拟研究反应堆结构材料中的辐照效应[J]. 王志光. 原子核物理评论. 2006(02)
[10]CLAM钢、EUROFER97钢与钨在HT-7托卡马克中辐照后的表面分析[J]. 李强,黄群英,郁金南,李建刚,吴宜灿,何晓雄. 核科学与工程. 2004(02)
本文编号：3035532
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