航空发动机钛合金分子动力学计算技术研究进展
Research progress of molecular dynamic calculation on titanium alloys for aero-engine
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文摘
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未来航空发动机推重比等性能不断提升,对钛合金部件的高温力学及结构稳定性等提出更高的需求。传统实物实验在时间、空间尺度的局限性日益凸显,对于微观瞬态现象及机理的深入研究存在一定难度。而分子动力学(molecular dynamics,MD)计算技术以原子/分子模型为计算对象,在引入牛顿经典力学与经验参数的基础上,较量子计算方法大幅度提高了计算效率,从而成为实现航空发动机钛合金工艺参数优化与组织性能计算的重要技术途径。本文在概述MD计算空间与时间尺度优势基本原理的基础上,重点介绍通过MD计算方法研究钛合金成形制造、微观组织与结构、力学与热力学性能、材料设计和力场开发等方面的研究进展,以及有助于航空发动机钛合金耐高温性能提升的代表性结论。最后结合航空发动机钛合金对MD计算技术的需求,展望未来研究方向,指出基于MD计算方法的钛合金高通量成分设计、训练针对成熟钛合金成分体系的分子力场和将新型ReaxFF(reactive force field)反应力场引入钛合金燃烧机理研究中面临的挑战。 |
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With the improvement of thrust-to-weight ratio and other properties of future aero-engine, the high temperature mechanical property and structural stability of titanium alloy components are required. The limitation of traditional experiments in time and space scale has become increasingly prominent,and it is difficult to deeply study the microscopic transient phenomena and mechanisms. Moreover, the molecular dynamics(MD) calculation method takes the atomic/molecular model as the calculation object, on the basis of Newton classical mechanics and empirical parameters, the calculation efficiency is greatly improved compared with the quantum calculation method. Therefore,MD has become an important method to optimize the process parameters and calculate the microstructure properties of aero-engine titanium alloy. Based on an overview of the basic principle of MD computing space and time scale advantages, this paper reviews the relevant domestic and foreign achievements in the study of molding,microstructure characterization and performance testing of aero-engine titanium alloys by MD method in recent years,as well as representative conclusions that contribute to the improvement of high temperature resistance of aero-engine titanium alloys. Finally,the future prospect is discussed based on the demand for MD computing technology for aircraft engine titanium alloys,thus pointing out the challenges faced on the following aspects,including high-throughput composition design based on MD computing method,training molecular force fields for mature titanium alloy systems, and introducing the new ReaxFF(Reactive Force Field) into the study of combustion mechanisms. |
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来源
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航空材料学报
,2024,44(2):87-103 【核心库】
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DOI
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10.11868/j.issn.1005-5053.2023.000205
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关键词
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航空发动机钛合金
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分子动力学技术
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分子力场
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模拟计算
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地址
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1.
中国航发北京航空材料研究院, 先进钛合金航空科技重点实验室, 北京, 100095
2.
清华大学新材料国际研发中心, 北京, 100084
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语种
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中文 |
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文献类型
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综述型 |
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ISSN
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1005-5053 |
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学科
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金属学与金属工艺 |
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基金
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国家自然科学基金“叶企孙”科学基金
;
国家重大科技专项
;
中国航发自主创新专项
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文献收藏号
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CSCD:7851406
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参考文献 共
130
共7页
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