微觀至介觀尺度的棋擬0●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●0微觀至介觀尺度的模擬●●主要研究內(nèi)容微結(jié)構(gòu)演化(動力學控制)微結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)之間關系結(jié)構(gòu)演化的方向熱力學控制微結(jié)構(gòu)變化路徑—動力學控制結(jié)構(gòu)演化的這種非平衡特性導致了各種各樣的晶格缺陷結(jié)構(gòu)及其相互作用機制微結(jié)構(gòu)的實物空間和時間尺度●●●●尺度/m點缺陷,原子團城,短程有序,在玻璃態(tài)和界面中的結(jié)構(gòu)單元,4特性、現(xiàn)象或缺陷裂紋尖端,原子核l09-105失穩(wěn)分解,涂層,薄膜,表面腐蝕嵌段共聚物,三嵌段共聚物,星形共聚物,大質(zhì)量的非熱變化,界面網(wǎng)格,位錯源,堆積效應l09-103粒子、沉積物,枝晶,共晶,共析l08~105微裂紋,裂紋,粉末,磁疇,內(nèi)應力108~104|堆垛層錯,微帶,微孿晶,位錯通道108-103聚合物中的球晶,存在于金屬、陶瓷、玻璃及聚合物中的結(jié)構(gòu)疇或晶粒團簇(對于多晶或非晶的情況)10-8-102聚合物中的構(gòu)象缺陷團簇l08-101位錯,位錯壁,旋錯,磁壁,亞晶粒,大角晶界,界面107-101晶粒,剪切帶,復合材料的第二相07~100擴散,對流,熱傳遞,電流傳輸107-109微結(jié)構(gòu)逾滲路徑(斷裂,再結(jié)晶,界面潤濕,擴散,腐蝕,電流,布赫壁)表面,樣品斷面收縮,斷面●●●●●●●●●●0微觀至介觀尺度的模擬●●乍平衡因素→材料性質(zhì)的多樣性應用性質(zhì)材料微結(jié)構(gòu)機制●●●●●●●●●●0微觀至介觀尺度的模擬●●連續(xù)體模型原子運動方程的嚴格解或近似解(薛定諤方程或分子動力學)替換為—平均本征結(jié)構(gòu)關系式介觀尺度機理和本構(gòu)定律的復雜性和多樣性,導致建立介觀尺度模型的方法的不唯一性●●●●空間及時間離散化介觀尺度模擬方法●●●●●●0●●空間及時間離散化位錯動力學(晶體塑性,復原,織構(gòu),斷裂)相場動力學或廣義Ginzburg-Landau模型(超導電性,擴散,相變,晶粒生長)確定性或概率性元胞自動機典型應用領域(擴散,熱傳遞,相變,再結(jié)晶,晶粒生長)中的主要介觀多態(tài)動力學波茨(Pott模型尺度模擬方法(相變,再結(jié)晶,晶粒生長幾何拓撲和組分模型(相變,再結(jié)晶,晶粒生長)拓撲網(wǎng)格和頂點模型(晶界動力學,網(wǎng)格動力學,成核,復原,晶粒生長)●●●●●●●●●●0微觀至介觀尺度的模擬●●介觀模擬方法的共同特點:不明顯地包含原子尺度動力學,而是理想化地把材料作為連續(xù)體●由均勻性基體將晶格缺陷之間的相互作用耦合在一起控制方程中通常不顯含內(nèi)秉空間或時間標度●含有單個晶格缺陷的連續(xù)體介觀尺度模型通常由系列唯象的偏微分速率和本征結(jié)構(gòu)方程組表述采用有限差分法、有限元法或蒙特卡羅方法可以對這些微分方程近行求解●●●●●●●●●●0微觀至介觀尺度的模擬●●時空標度參數(shù)和離散度的確定由微分方程及其系數(shù)、變量所擁有的特點和性質(zhì)決定·作為態(tài)變量(例如原子濃度,位鍺密度,結(jié)構(gòu)參數(shù),位移或品格取向),通常被并進空間格柵坐標;控制徽分方程被用于局域或整體情況,這取決于相互作用的性質(zhì)(短程或長程)。能夠利用連續(xù)體近似方法對介觀尺度的結(jié)構(gòu)演化進行預測意義重大,因為唯象態(tài)方程和結(jié)構(gòu)演化定律已在介觀尺度進行很好地研究,其實驗數(shù)據(jù)的獲得比在微觀尺度更容易,而且數(shù)據(jù)信息比在宏觀尺度更詳細●●●●●●●●●●0第6章元胞自動機●●●6.1基本原理元胞自動機是描述和處理復雜系統(tǒng)在離散空間-時間上演化規(guī)律的算法,通常采用對晶格格座的局域或整體的確定性和概率性變換規(guī)則進行具體操作。空間變量可以代表實空間、動量空間或波矢空間其晶格定義為具有固定數(shù)目的點,一般是