【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核电系统金属结构材料辐照条件下微观组织预测，具体而言，涉及一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法及系统。
技术介绍
1、随着现代社会对清洁能源的需求日益提升，核能已经称为现代能源体系的重要布局。以快中子增殖堆为主的先进核能系统的材料问题是项目发展的重点问题。核能的结构材料相比其他行业来说，其在服役过程中面临着中子辐照，持续的位移损伤会产生饱和点缺陷，如空位和间隙原子。在扩散、温度、应力和固有微结构(如晶界、位错和界面)的共同作用下，这些点缺陷往往会演变成位错环、空隙和气泡。由于辐照硬化和高温氦脆会导致金属晶间断裂，因此辐照材料中的嬗变氦形成的氦泡一直是特别关注的问题。然而，试验仪器空间和时间分辨率严重限制纳米和微米尺度的氦气泡研究。随着计算机模拟技术的发展，许多研究工作从原子尺度、纳米尺度和微观尺度揭示了he气泡的成核、生长和粗化过程，提高了对辐照材料中he泡的理解。但实际服役过程中he泡的演化和材料的应力应变状态有着强烈的交互作用。一方面，he泡内部的高压可能会导致高温下的塑性变形，从未在服役条件下材料发生屈服。另一方面，核电结构材料往往在应力作用下服役，但少有研究报道了应力状态对辐照he泡的影响。因此，建立具有物理意义的he泡演化方程对理解辐照he泡的形成以及预测材料中的辐照缺陷具有重要意义，从而深入理解辐照he泡和应力状态之间的交互作用，可以为进行核电结构材料性能评价和寿命预测提供重要的理论依据。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种定
2、为了实现上述技术目的，本申请提供了一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，包括以下步骤：
3、基于核电结构材料的空位形成能、氦原子形成能、气体常数、摩尔体积分数以及绝对温度，获取核电结构材料的化学自由能密度；
4、基于核电结构材料的弹性常数以及弹性应变，获取核电结构材料的弹性自由能密度；
5、基于化学自由能密度和弹性自由能密度，通过采集核电结构材料的空位和氦原子的扩散系数，以及辐照氦原子的产生速率，构建基于相场方程的动力学模型，对核电结构材料的辐照氦泡演化进行预测。
6、优选地，在获取核电结构材料的空位形成能和氦原子形成能的过程中，通过获取优化后含有空位的晶胞总能量和优化后含有间隙氦原子的晶胞总能量，根据优化后完整晶胞的总能量和总的粒子数，进行分子动力学计算，分别获取空位形成能和氦原子形成能。
7、优选地，在获取化学自由能密度的过程中，基于基体的第一自由能密度和氦泡的第二自由能密度，通过设置插值函数，生成化学自由能密度，其中，根据空位浓度和氦浓度，获取第一自由能密度和第二自由能密度。
8、优选地，在获取第一自由能密度的过程中，基于空位浓度和氦浓度，根据摩尔体积分数、阿伏伽德罗常数、气体常数和绝对温度，获取第一自由能密度。
9、优选地，在获取第二自由能密度的过程中，基于空位浓度和氦浓度，根据氦泡中氦的平衡浓度，以及氦泡中氦的最大浓度，并依据摩尔体积分数、气体常数和绝对温度，获取第二自由能密度。
10、优选地，在获取弹性常数和弹性应变的过程中，通过获取核电结构材料的j方向上的小应变、正应变条件下的应力和负应变条件下的应力，获取核电结构材料的弹性常数；
11、基于核电结构材料的总应变，根据核电结构材料的辐照氦泡的本征应变，以及核电结构材料的塑性应变，获取弹性应变。
12、优选地，在获取辐照氦泡的本征应变的过程中，通过获取氦泡内压和弹性常数的分量，依据克罗内克函数，获取辐照氦泡的本征应变，其中，通过氦泡内氦浓度、玻尔兹曼常数、绝对温度、原子体积和范德瓦尔斯常数，获取氦泡内压。
13、优选地，在获取塑性应变的过程中，根据初始塑性剪切率、位错的剪切率、应变敏感指数、schimid张量因子、应力张量、临界剪切应力、总的滑移系数量和当前滑移系，获取塑性应变。
14、优选地，在对核电结构材料的辐照氦泡演化进行预测的过程中，基于化学自由能密度和弹性自由能密度，构建描述核电系统金属结构材料辐照氦泡演化的相场方程热力学模型；通过获取界面迁移率、氦以及空位的化学迁移率和辐照条件下氦以及空位的产生速率，构建相场方程的动力学模型，获取当前时间步的成分场和序参数场，进行可视化，获取当前时间步氦泡的形貌演化，并根据序参数场对氦泡密度以及尺寸进行定量统计后，进行迭代计算，获得辐照氦泡的演化过程。
15、本专利技术还公开了一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测系统，包括：
16、数据采集模块，用于采集核电结构材料的空位形成能、氦原子形成能、气体常数、摩尔体积分数以及绝对温度；
17、化学自由能密度计算模块，用于根据核电结构材料的空位形成能、氦原子形成能、气体常数、摩尔体积分数以及绝对温度。获取核电结构材料的化学自由能密度；
18、弹性自由能密度计算模块，用于基于核电结构材料的弹性常数以及弹性应变，获取核电结构材料的弹性自由能密度；
19、辐照氦泡演化预测模块，用于基于化学自由能密度和弹性自由能密度，构建描述核电系统金属结构材料辐照氦泡演化的相场方程的热力学模型；通过采集核电结构材料的空位和氦原子的扩散系数，以及辐照氦原子的产生速率，构建相场方程的动力学模型，对核电结构材料的辐照氦泡演化进行预测。
20、本专利技术公开了以下技术效果：
21、本专利技术利用相场模拟可以研究辐照氦泡的形成及演化，定量化得出氦泡的密度以及尺寸，可以有限弥补实验研究的不足；
22、本专利技术基于晶体塑性理论，考虑了氦泡内的高内压可能引起的塑性变形，提高了相场模拟预测氦泡演化的精度；
23、本专利技术提到的预测方法简单，所需要的参数可以通过原子模拟以及有限元模拟确定。
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1.一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
9.根据权利要求8所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
10.一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测系统，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述一种用于金属材料辐照氦泡演化的预测方法，其特征在于：
【专利技术属性】
技术研发人员：徐连勇，王栋，赵雷，韩永典，郝康达，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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