辐照缺陷对Zr-Nb合金微观力学影响的模拟方法及相关产品技术

本发明专利技术公开了辐照缺陷对Zr

【技术实现步骤摘要】
辐照缺陷对Zr
‑
Nb合金微观力学影响的模拟方法及相关产品


[0001]本专利技术涉及反应堆辐照材料研究
，具体涉及辐照缺陷对Zr
‑
Nb合金微观力学影响的模拟方法及相关产品。

技术介绍

[0002]随着核动力反应堆技术朝着提高燃料燃耗、降低燃料循环成本、提高反应堆热效率和提高安全可靠性的方向发展，对反应堆第一道安全屏障燃料元件包壳材料的服役性能提出了更高的要求。由于锆合金具有较好的耐腐蚀性能、力学性能及辐照尺寸稳定性等优点，因此目前世界上广泛使用的压水堆通常用其作为包壳材料。但是，由于常用的Zr
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4合金(Zr
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Sn系)不能满足高燃耗长寿命燃料元件的发展要求，国内外新研发的含Nb锆合金包括美国的ZIRLO、俄罗斯的E635和法国的M5等，我国自主研发的N18和N36。不难看出，国内外新型锆合金研发的主流方向均为Zr
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Nb系合金，并且在进一步的优化中。
[0003]众所周知，材料的显微组织影响其宏观性能，尤其是其力学性能是表征堆内结构材料抗辐照性能的关键因素之一。但是，锆合金经高注量快中子辐照后的试样带有强放射性，实验研究难度较大、成本高和周期长。
[0004]虽然目前可以通过纳米压痕实验手段得到的其微观力学信息，辐照缺陷对其微观力学影响的动力学机制尚不明确，对于堆内材料Zr
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Nb系合金而言，辐照缺陷是必然存在的，而辐照缺陷必然会对Zr
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Nb系合金的微观力学性能产生影响，因此，研究辐照缺陷对含Nb锆合金微观力学行为影响很有必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的模拟方法及相关产品，通过该模拟方法能够建立微观力学性能与显微组织的对应关系，助于揭示辐照缺陷对其微观力学性能的影响。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的模拟方法，包括以下步骤：
[0008]S1、获取含典型辐照缺陷的Zr
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Nb合金，并基于经典分子动力学获得含典型辐照缺陷的Zr
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Nb合金稳定构型；
[0009]S2、对步骤S1获取的稳定构型进行模拟纳米压痕实验过程的微观力学性能计算，获得每个体系的微观力学性能；
[0010]S3、基于步骤S2获得的微观力学性能，结合体系内部发生组织变化的动力学信息，建立微观力学性能与显微组织的对应关系。
[0011]本专利技术优化后的含典型缺陷体系，能够获得含典型辐照缺陷体制中原子的稳定位置，对优化后的构型进行微观力学性能计算，确定了含典型辐照缺陷体的微观力学性能。微观力学性能与显微组织的对应关系有助于揭示辐照缺陷对其微观力学性能的影响。
[0012]本专利技术中是基于经典分子动力学和蒙特卡洛方法、结合纳米压痕实验过程，针对
Zr
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Nb合金进行的纳米压痕微观力学行为模拟的独创设计，是根据具体的应用对象进行了适应性改进
[0013]进一步地，步骤S1中，采用经典分子动力学结合蒙特卡洛方法对含典型缺陷的Zr
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Nb合金构型进行高通量筛选，得到稳定的构型。
[0014]进一步地，步骤S1中，辐照缺陷包括点缺陷、缺陷团簇和位错环。
[0015]点缺陷、缺陷团簇和位错环是单个辐照缺陷，考虑不同单个辐照缺陷对微观力学性能的影响
[0016]进一步地，步骤S2中，微观力学性能包括硬度、弹性常数和加载应力应变曲线。
[0017]进一步地，步骤S3中，动力学信息包括位错、相变和应力场分布。
[0018]进一步地，步骤S3中，还包括结合化学短程有序从原子层面深入揭示辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学性能的影响。
[0019]一种用于模拟辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的系统，包括：
[0020]获取模块，用于获取含典型辐照缺陷的Zr
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Nb合金；
[0021]动力学分析模块，用于进行经典分子动力学分析获得含典型辐照缺陷的Zr
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Nb合金稳定构型；
[0022]模拟模块，用于进行模拟纳米压痕实验过程的微观力学性能计算，获得每个体系的微观力学性能；
[0023]存储模块，用于存储微观力学性能与显微组织的对应关系。
[0024]进一步地，还包括：
[0025]显示模块，与获取模块、动力学分析模块、模拟模块和存储模块电连接，用于显示获取模块、动力学分析模块、模拟模块和存储模块的信。
[0026]一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的模拟方法。
[0027]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的模拟方法。
[0028]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0029]1、本专利技术通过经典分子动力学方法结合纳米压痕实验特点研究含典型辐照缺陷的含Nb锆合金的微观力学的影响，从原子层次深入揭示辐照缺陷对材料微观力学的影响。
[0030]2、仅通过经典分子动力学结合蒙特卡洛方法就可以高通量筛选出含典型缺陷体系的稳定构型，对反应堆堆内含Nb锆合金微观力学的研究具有重要的科学意义。
[0031]3、本专利技术方法克服了纳米压痕实验上很难从原子尺度揭示辐照缺陷对材料微观力学性能影响的动力学信息等缺点。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
[0033]图1为本专利技术的流程框图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。
[0035]实施例1：
[0036]如图1所示，辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的模拟方法，包括以下步骤：
[0037]S1、获取含典型辐照缺陷的Zr
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Nb合金，并采用经典分子动力学结合蒙特卡洛方法对含典型缺陷的Zr
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Nb合金构型进行高通量筛选，即基于经典分子动力学模拟结合蒙特卡洛算法快选寻求能量最优点,对含典型缺陷的Zr
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Nb合金构型进行高通量筛选，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取含典型辐照缺陷的Zr
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Nb合金，并基于经典分子动力学获得含典型辐照缺陷的Zr
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Nb合金稳定构型；S2、对步骤S1获取的稳定构型进行模拟纳米压痕实验过程的微观力学性能计算，获得每个体系的微观力学性能；S3、基于步骤S2获得的微观力学性能，结合体系内部发生组织变化的动力学信息，建立微观力学性能与显微组织的对应关系。2.根据权利要求1所述的辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的模拟方法，其特征在于，步骤S1中，采用经典分子动力学结合蒙特卡洛方法对含典型缺陷的Zr
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Nb合金构型进行高通量筛选，得到稳定构型。3.根据权利要求1所述的辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的模拟方法，其特征在于，步骤S1中，辐照缺陷包括点缺陷、缺陷团簇和位错环。4.根据权利要求1所述的辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的模拟方法，其特征在于，步骤S2中，微观力学性能包括硬度、弹性常数和加载应力应变曲线。5.根据权利要求1所述的辐照缺陷对Zr
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Nb合金微观力学影响的模拟方法，其特征在于，步骤S3中，动力学信息包括位错、相变和应力场分布。6.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：潘荣剑，吴璐，信天缘，伍晓勇，王青青，覃检涛，赵民，孔祥刚，马聪，滕常青，张伟，方忠强，毛建军，宋小蓉，莫华均，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：