【摘 要】
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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
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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。
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