[发明专利]基于速率理论和团簇动力学的辐照损伤仿真系统及方法

说明书

本发明公开了基于速率理论和团簇动力学的辐照损伤仿真系统及方法，涉及计算机仿真技术领域，其技术方案要点是：包括核心计算模块、控制模块、网页客户端以及API接口；网页客户端通过API接口以请求/响应的方式使用JSON格式协议访问核心计算模块的应用程序功能，控制模块控制核心计算模块进行仿真计算；核心计算模块包括团簇动力学模块、速率理论模块、模式选择模块。本发明可以实现对辐照初期以及辐照中后期锆基合金中辐照损伤的全周期模拟，从而可以预测缺陷结构的发展和缺陷团簇的稳定性，创造性的克服了由于团簇动力学和率理论方法的仿真原理过程不同而导致两种之间无法直接结合的问题。

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，更具体地说，它涉及基于速率理论和团簇动力学的辐照损伤仿真系统及方法。

背景技术

随着近年来计算机技术发展，数值模拟作为一个重要的研究手段在材料科学研究中得到了越来越广泛的应用。使用多尺度数值模拟方法，借助高性能计算系统开展数值模拟的优点是实验成本较低、时间可控，能够实现实验所不能达到或即使达到所需代价极高的实验条件；缺点是模型建立较为困难，计算结果的实验验证方法尚待探索，不同尺度数值模拟方法间的接口问题很难解决。采用多尺度多物理耦合的数值模拟技术建立模型，可以从纳观、微观、介观和宏观多个尺度模拟锆合金基体及包壳的辐照损伤行为。

目前，以团簇动力学方法和反应速率理论计算为代表的介观尺度的数值模拟研究是开展锆合金辐照损伤行为多尺度数值模拟研究的关键。团簇动力学方法是通过建立团簇之间的动力学方程计算辐照缺陷的演化过程的一种数值模拟方法。速率理论是一种基于点缺陷、点缺陷团簇和点缺陷阱(位错、位错环、晶界、相界面、自由表面)之间准化学反应的介观方法。

然而，由于团簇动力学将材料中每一个点缺陷、缺陷团簇以及团簇中的单个缺陷看作实体，因此受到模拟计算量的限制，只能计算辐照初期小尺寸缺陷团簇的分布。而速率理论方法由于使用了平均场近似，可以计算较长时间尺度下缺陷团簇的分布，同样也能够实现对位错环演化的模拟，这两种计算方法各有利弊。当前，国际上还没有公开一种能够结合反应速率理论以及团簇动力学方法计算锆合金辐照损伤的技术。因此，如何研究设计一种基于速率理论和团簇动力学的辐照损伤仿真系统及方法是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供基于速率理论和团簇动力学的辐照损伤仿真系统及方法，为更加全面的模拟锆合金辐照效应产生的各个阶段提供了技术支撑。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了基于速率理论和团簇动力学的辐照损伤仿真系统，包括核心计算模块、控制模块、网页客户端以及API接口；

网页客户端通过API接口以请求/响应的方式使用JSON格式协议访问核心计算模块的应用程序功能，控制模块控制核心计算模块进行仿真计算；

核心计算模块包括团簇动力学模块、速率理论模块、模式选择模块；其中，

团簇动力学模块，用于在低辐照剂量下采用团簇动力学方法模拟点缺陷团簇的形成和生长阶段直至位错环的形成；

速率理论模块，用于在高辐照剂量下采用速率理论方法模拟位错环的生长阶段；

模式选择模块，用于根据离位损伤率和累积剂量确定辐照剂量高低，并根据确定结果选择团簇动力学模块或速率理论计算模块进行仿真。

进一步的，所述辐照剂量高低的确定具体为：若离位损伤率为10^-6dpa/s，累积剂量小于0.1dpa时为低剂量，累积剂量大于0.1dpa时为高剂量。

进一步的，所述速率理论计算模块仿真时以数据库中的小尺寸缺陷团簇数密度数据作为输入数据。