基于Burgers向量提取与分析的改进PRD算法在位错环模拟中的应用

RAFM钢经中子辐照后会产生两种类型的间隙位错环(1/2〈111〉环和〈100〉环),导致长时间服役后出现辐照硬化与脆化现象,因此理清不同类型位错环的形成与转变过程对材料微结构演化及性能预测具有重要意义。本文基于加速分子动力学中的并行副本复制法(PRD),通过分析位错环转变的机理特性,提取Burgers向量,改进了PRD在位错环模拟上的应用,实现了〈100〉环向1/2〈111〉环的加速转变现象模拟。结果表明:在1000 K下,采用改进PRD算法程序进行模拟,小尺寸〈100〉环会发生向1/2〈111〉环的转变,转变时间比传统分子动力学方法更快;大尺寸〈100〉环会出现〈100〉位错段和1/2〈111〉位错段共存的状态,甚至在带有Ni溶质元素的〈100〉环中还发现了完全转变到1/2〈111〉位错环的现象。此外,对程序模拟的准确性进行验证并分析评估了加速性能与并行性能,通过与原PRD算法对比,发现其并行效率远高于原PRD,并行效率在90%左右,且并行规模的增加对于并行性的影响不大,可以很好地进行大规模并行扩展。