分子动力学方法在金属材料动态响应研究中的应用

随着计算机技术和实验诊断技术的发展,分子动力学(MD)方法在冲击动力学领域发挥着越来越重要的作用。从MD方法的基本原理出发,介绍了积分算法、相互作用势、常用的数据处理方法,系统梳理了MD方法在冲击加载下金属材料的塑性变形、相变、动态损伤断裂(层裂)等研究的应用。其中:在冲击塑性方面,主要阐述单晶、双晶和多晶体系中的塑性变形机理,以及变形过程与微结构等的联系;在冲击相变方面,主要以金属铁为例,介绍耦合冲击相变与冲击塑性的MD计算模拟工作;在动态损伤断裂方面,主要阐述冲击加载下金属材料中孔洞动态演化及贯通、激光加载下材料的动态响应等工作。最后,对MD方法的未来应用进行了展望,以期为相关领域的研究提供参考。     

基于LABVIEW的激光实验光路调节系统

针对当前大部分超短超强激光实验中真空光路调控效率低、操作方式繁琐等缺点,设计了一种基于LabVIEW软件开发平台的集成化实验光路调节系统来实现对光路高效便捷的调控。该系统由光斑位置采集单元、光斑位置调节单元和计算机等三部分构成,其设计思路是利用激光光斑映射在CCD上的空间位置,实现光路指向定位的反馈,根据反馈信息设计人机交互界面实现光路指向的调控。该系统成功实现多线程并行运行,并将不同型号不同通讯方式的多个位移台控制器集成于同一界面控制。实验证明,与常用的手动调节系统相比,该系统对实验光路的调控更方便快捷,调节效率更高。     

空位缺陷和相变对冲击压缩下蓝宝石光学性质的影响

为了探究冲击压缩下蓝宝石光学性质的变化行为,本文采用第一性原理方法,在180 GPa的压力范围内计算了蓝宝石理想晶体和含空位点缺陷晶体的光学性质.吸收光谱数据表明,仅考虑压力和温度因素不能解释冲击消光实验的结果,而冲击诱导的氧离子空位点缺陷应该是导致该结果的一个重要原因.波长在532 nm处的折射率数据表明:1)蓝宝石的两个高压结构相变将导致其折射率明显上升;在Corundum和Rh_2O_3相区,其折射率将随冲击压力增大而降低;在CalrO_3相区,压力小于172 GPa时,其折射率随冲击压力增大而缓慢地降低,但172 GPa以上时折射率却随冲击压力增大而逐渐增大;2)空位点缺陷对折射率随冲击压力的变化规律有明显的影响.本文结果不仅有助于增强用空位点缺陷的物理机理来解释蓝宝石冲击透明性损伤现象的可靠性,而且对未来进一步的实验研究以及发展新型窗口材料有重要的参考作用.     

束校正线圈的三维数值模拟和设计

介绍了用Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ定律对偶极子校正线圈进行三维数值模拟的方法，给出了计算结果和有关的结论，简化了这种线圈的设计和减小了加工难度。     

下地幔压力条件下(Mg0.97, Fe0.03)O方镁铁矿的光学性质

本文采用第一性原理方法, 计算了(Mg_0.97, Fe_0.03) O方镁铁矿的理想晶体和含镁-氧离子双空位点缺陷晶体在下地幔压力条件下的光学性质. 吸收光谱数据表明, 方镁铁矿理想晶体的结果与晶体场等理论预测的结果相似:压力诱导铁自旋态的转变将导致方镁铁矿吸收谱有巨大蓝移, 并在近红外光区出现了透明现象. 然而, 在方镁铁矿中含有点缺陷时, 其结果与晶体场等理论预测结果存在本质差异:铁自旋态的转变将导致在近红外光区的吸收性显著增强. 含点缺陷晶体折射率的计算结果表明, 压力、波数及铁自旋态的转变对(Mg_0.97, Fe_0.03) O方镁铁矿的折射率有较明显地影响. 本文结果不仅对探索下地幔方镁铁矿在高压下的光学性质有重要的参考价值, 而且还指明高压吸收光谱的测量可能是准确获得铁自旋态信息一个好的手段.     

C2H2在金刚石（001）-（2×1）重构面上吸附的分子动力学模拟

利用Brenner半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法，研究了乙块（C₂H₂）分子在金刚石（001）-（2×1）重构表面上的碰撞动力学过程与化学吸附构型的关系.观察到C₂H₂在金刚石表面的6种吸附结构.约95％的吸附呈C₂H₂与表面形成两个σ单键的形式.讨论了轰击能量、入射位置及金刚石表面原子的空间位形对各种吸附构型形成的影响.还给出了化学吸附过程的分子快照，并讨论了C₂H₂分子与表面的能量交换关系. 关键词：     

Fe的结构与物性及其压力效应的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法，计算了Fe的几种不同晶体结构的总能量曲线，对HCP结构下晶体结构参数c/a随压强的变化关系做计算分析. 能量计算精度取为0.01 eV/atom. 计算得出： 1) 零温下Fe从bcc到hcp结构的相变压强约为15 GPa，与实验结果相一致； 2) 压强的升高会导致Fe的磁矩减小，最终破坏Fe的磁性； 3) 压强升高引起hcp晶体结构参数c/a缓慢增大，而在地核压强(135—360 GPa)范围内，c/a取常量约1.59能够满足计算精度的要求. 关键词： 第一性原理计算 压力效应 Fe的结构与物性     

掺稀土元素(Y，La)的γ-Si3N4的电子结构和光学性质

采用基于密度泛函的平面赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA)，计算了未掺杂和掺杂稀土(Y，La)的γ-Si₃N₄中N-Y(La)键的布居值和它们的键长、掺杂后能带结构和态密度.发现掺杂后的带隙要减小，并且可能形成新的半导体，这将为找到新的半导体提供一个方向.还进一步研究了掺杂稀土(Y，La)后的光学性质，掺杂后有更高的静态介电常数，可以作为新的介电材料和好的折射材料，这对于一定的光学元件有潜在的应用前景.     

过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)研究了过渡族金属(Mn,Fe,Co,Cu)与N共掺杂ZnO的能带结构、电子态密度分布、差分电荷密度和光学性质.计算表明Mn，Fe，Co与N共掺ZnO的光学性质与Mn，Fe，Co单掺杂相近，但是过渡族金属与N共掺杂有利于获得p型ZnO. 关键词： ZnO 第一性原理 电子结构 光学性质     

准等熵压缩下金属钽的屈服强度分析

 为分析固体材料的准等熵压缩实验数据,引入了率相关本构方程和流体弹塑性模型,建立了考虑材料强度效应的反积分数据处理方法。利用CQ-1.5磁压驱动装置中多晶钽的准等熵压缩实验数据,对钽的屈服强度和流应力进行了反积分数值模拟和分析,计算了钽的拉格朗日声速和应变率分布情况。得到了钽在准等熵压缩过程中样品内部及加载面上压力和速度的分布及演变规律,获得了30 GPa压力下钽的准等熵屈服强度约为1.85 GPa,准等熵弹性屈服极限约为2.9 GPa。此外,计算得到了与Sandia实验室数据高度吻合的应力-应变曲线和准等熵p-V参考线。