Многочастичные потенциалы межатомного взаимодействия для сплавов простых, переходных и благородных металлов

• Автор: Руденский, Геннадий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 139 с.

Содержание
Введение
1. Методы моделирования межатомного взаимодействия
в металлах и сплавах
1.1. Первопринципные методы расчета термодинамических характеристик твердых тел
1.2. Квантовомеханически обоснованные модели
межатомного взаимодействия
1.3. Метод функционала электронной плотности
2. Метод модельного функционала
электронной плотности
2.1. Полная энергия металлов и сплавов в модели
функционала электронной плотности
2.2. Определение параметров модельного псевдопотенциала
2.3. Многочастичные потенциалы МФЭП
2.4. Область применимости модельного функционала
3. Методика и результаты расчета термодинамических
свойств сплавов
3.1. Расчет энергии образования сплавов АТ — А/ и Си
3.2. Расчет модулей упругости и фононных спектров
4. Уравнения состояния металлов и сплавов
4.1. Термодинамическая модель
4.2. Уравнения состояния металлов ЛЧ и А1

4.3. Уравнения состояния сплавов ЫъА1 и ЛгзА1
Заключение
Список литературы
Введение
Компьютерное конструирование новых материалов является одним из наиболее интенсивно развивающихся разделов современного материаловедения. Фундаментальной научной базой этого раздела является физическая мезомеханика структурнонеоднородных сред - новое научное направление в механике деформируемого твердого тела [1] . Физическая мезомеханика формирует представление о поведении материалов в условиях внешних воздействий [2] . Решение задач компьютерного конструирования материалов на основе физической мезомеханики требует определения значений физических констант на макроуровне для каждого исследуемого материала [3] . Эти интегральные характеристики являются средними величинами, рассчитываемыми по таким локальным областям деформируемого кристалла на мезоуровне, как поверхности, границы зерен, полосы сдвига и т.д. [3, 4] . В свою очередь, константы на мезоуровне являются интегральными средними физических величин, характеризующих микроуровневые процессы, происходящие вблизи концентраторов напряжений и очагов пластической деформации материала [2, 3]
Для адекватного компьютерного моделирования физических процессов на микроуровне методом молекулярной динамики необходимо знать потенциалы межатомного взаимодействия в рассматриваемом твердом теле. Первопринципные методы (ЛМТО, ОПВ и др.), основанные на представлении одночастичных волновых функций электронов в блоховском базисе, позволяют достаточно точно вычислять энергию и другие характеристики основного состояния твердого тела при условии сохранения трансляционной симметрии кристаллической решетки.
' Такое ограничение не позволяет использовать прямые квантовомеханические методы для исследования коллективного поведения точечных и протяженных дефектов, частиц вещества в полях внутренних концентраторов напряжений

ских характеристик чистых металлов (модули упругости, уравнения состояния, фононные спектры, энергия образования вакансии и поверхностная энергия). Полученные при этом результаты с точностью до 5-7% согласуются с расчетами, проведенными в методе МФЭП и, в частности, представленными в настоящей работе. В то же время, сравнительная простота схемы вычисления слагаемых полной энергии в модели МФЭП-2 позволяет значительно ускорить расчеты свойств чистых металлов, как при использовании метода минимизации полной энергии, так и при проведении вычислительных экспериментов методом молекулярной динамики.
Постановка задачи
Сплавы переходных металлов обладают рядом ценных свойств, что обусловливает их широкое применение на практике. Перспективными высокотемпературными антикоррозионными конструкционными материалами являются интерметаллические сплавы, в частности, сплавы системы N1 — А1 [75, 76] , характеризуемые большой теплотой образования, сильным отрицательным отклонением объемов от аддитивного правила Вегарда. В этой связи значительные теоретические и экспериментальные усилия в последние годы направлены на исследования механических свойств этих сплавов [75, 76] . Моделирование физических процессов в сплавах переходных металлов методом молекулярной динамики требует дальнейшего развития квантовомеханически обоснованных моделей межатомного взаимодействия, характеризуемых высокой скоростью реализации расчетной схемы и адекватно отражающих известные из эксперимента физические свойства.
Развитый в [26—33] метод модельного функционала электронной плотности представляет широкие возможности для применения в компьютерном моделировании термодинамических процессов в сплавах переходных металлов. Однако, разработанные до настоящего времени модели межатомного взаимодействия не позво-