晶粒生长的蒙特卡洛模拟方法研究

发布时间：2017-05-26 00:08

  本文关键词：晶粒生长的蒙特卡洛模拟方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：计算机材料模拟是利用计算机进行模拟实验,它为新型材料的生产和研究提供了可靠的工具。本文主要分析了基于Potts模型的蒙特卡洛方法在模拟晶粒生长现象上存在的缺陷,提出了基于Potts/Strain模型的多种改进的蒙特卡洛方法。 首先根据传统蒙特卡洛方法不能用于模拟具有形变属性晶粒生长的角度实现了基于Potts/Strain的蒙特卡洛方法。其次根据传统蒙特卡洛方法在模拟过程中可能出现的“重新形核”现象以及模拟效率不高的特性,提出了基于晶界迁移的蒙特卡洛方法。以上两种方法都未能体现能量在模拟晶粒生长过程中的重要性,在模拟方法中考虑能量因素进行晶粒生长模拟时,模拟系统中可能出现网格点重新取向前后能量未发生变化的现象,然后从这两个角度出发,提出了基于能量和接受概率蒙特卡洛方法。最后实现了基于LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)和SPPARKS (kinetic and Metropolis Monte Carlo simulator)的交互模拟系统,用于完成具有形变量属性材料的晶粒生长模拟。 晶粒生长指数的理论值为0.5。首先使用传统蒙特卡洛方法进行晶粒生长模拟,根据模拟结果可以得出晶粒生长指数为0.465,然后使用基于晶界迁移的蒙特卡洛方法进行晶粒生长模拟,可以得出的晶粒生长指数为0.481,最后使用基于能量和接受概率相结合的蒙特卡洛方法进行晶粒生长模拟,可以得出的晶粒生长指数为0.489。
【关键词】：晶粒生长 Potts/strain模型 晶粒生长指数
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP304
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 计算机模拟技术在材料微观组织结构中的研究10-11
• 1.2.2 分子动力学模拟计算的研究11
• 1.2.3 蒙特卡洛方法模拟晶粒生长的研究11-13
• 1.2.4 目前研究中存在的问题13-14
• 1.3 研究内容和目标14-15
• 1.4 本文的组织结构15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 晶粒生长的影响因素及模拟技术17-31
• 2.1 晶粒生长17-18
• 2.2 影响晶粒生长模拟的因素18-24
• 2.2.1 晶界能对晶粒生长的影响18-21
• 2.2.2 弹性变形对晶粒生长的影响21-22
• 2.2.3 塑性变形对晶粒生长的影响22-24
• 2.3 计算机模拟技术24-25
• 2.4 LAMMPS系统与SPPARKS系统介绍25-30
• 2.4.1 LAMMPS系统26-29
• 2.4.2 SPPARKS系统29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于Potts/Strain模型的蒙特卡洛方法研究31-43
• 3.1 模拟方法性能评价31-33
• 3.2 传统的MC Potts/Strain模拟方法33-36
• 3.2.1 模拟体系中的网格点布局33-34
• 3.2.2 传统MC Potts/Strain模型概述34-35
• 3.2.3 估计量的统计35-36
• 3.2.4 传统MC模拟的缺陷36
• 3.3 基于晶界迁移的MC Potts/Strain方法36-39
• 3.4 基于能量和接受概率的MC Potts/Strain方法39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 LAMMPS和SPPARKS交互模拟系统的实现43-50
• 4.1 MPI并行编程模型43-45
• 4.2 LAMMPS与SPPARKS交互的实现45-49
• 4.2.1 LAMMPS与其他代码的交互45-47
• 4.2.2 SPPARKS与其他代码的交互47-48
• 4.2.3 LAMMPS与SPPARKS的交互48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第5章 模拟系统的实验与分析50-60
• 5.1 实验环境50
• 5.2 传统的MC Potts/Strain方法性能分析50-52
• 5.3 基于晶界迁移的MC Potts/Strain方法性能分析52-54
• 5.4 基于能量和接受概率的MC Potts/Strain方法的性能分析54-56
• 5.5 对比分析56-58
• 5.5.1 模拟结果对比56-57
• 5.5.2 晶粒生长指数对比57
• 5.5.3 能量对比57-58
• 5.5.4 晶粒数对比58
• 5.6 本章小结58-60
• 第6章 总结与展望60-62
• 参考文献62-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 胡壮麒,王鲁红,刘轶;电子和原子层次材料行为的计算机模拟[J];材料研究学报;1998年01期

2 秦东明;郭力;王小伟;葛蔚;;大规模并行粒子模拟中基于主从架构的负载平衡策略研究与实现[J];计算机与应用化学;2006年11期

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本文编号：395330