大规模并行原子模拟在钛合金界面行为研究中的应用.PDF

科研信息化技术与应用 2 0 1 3 , 4 ( 5 ) : 3 5 – 4 1 APPLICATION ·应用 /  · 大规模并行原子模拟在 钛合金界面行为研究中的应用 王皞，徐东生，杨锐 中国科学院金属研究所，辽宁 沈阳 110016 摘  要： 界面对钛合金的力学性能有至关重要的影响。界面行为的原子模拟涉及的原子数 目庞大，必须借 助大规模并行计算。本研究组开发 了大规模并行分子动力学程序，并将其应用于钛合金 中不同种 类界面行为的模拟研究。本文以钛铝金属间化合物中的孪晶界和 α 钛中的特殊大角晶界为例，介 绍研究组在钛合金晶界行为的计算模拟方面的近期研究成果。所模拟的体 系尺寸达到微米级，所 需 CPU 核数几十至几百不等。研究发现，钛铝模拟晶胞沿伪孪晶方向剪切变形时，等静压力下 可产生 L 11 结构的伪孪晶形核长大，而等静张力下剪切可产生真孪晶的形核长大，提 出钛铝中一 种新的孪晶长大机制。在 α 钛中，特定取向的两个晶粒所形成的晶界与位错发生相互作用，裂纹 形核依赖于加载外力的取向而发生在晶界处或硬取向晶粒 内，从而可能导致疲劳断裂行为与加载 取向相关。这些结果有助于理解钛合金的塑性变形行为，并为更高尺度的模拟研究提供 了原子尺 度细节。 关键词： 并行计算；原子模拟；钛合金；界面 Implementing Large-Scale Parallel Atomistic Simulations in the Investigation of Interfacial Behaviors in Titanium Alloys Wang Hao, Xu Dongsheng, Yang Rui Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang, Liaoning 110016, China Abstract: The mechanical behavior of titanium alloys is often influenced significantly by interfaces. The atomistic investigation of interfaces corresponds with large numbers of atoms, hence requiring large-scale parallel simulations. A molecular dynamics code for such simulations is developed in our group, and used in the 基金项目：国家重点基础研究发展计划 (973 计划) (2011CB606404)；国家 自然科学基金 51101158) 35 科研信息化技术与应用，2013, 4 (5) investigations of interfacial behaviors in titanium alloys. The present paper introduces our recent works on the simulations of interfacial behaviors in titanium alloys, with the coherent twin boundary in TiAl and a special large-angle grain boundary in α-titanium as two examples. The size of the simulated cells is around mi