核相关材料物性预测或评估是武器物理研究和核能开发重大工程的重要基础。但是,已有计算方法和软件难以适应核相关材料的复杂应用特征,主要包括:f电子强关联效应、化学无序固溶、复杂相图、武器库存或反应堆工况下长时间服役性能。
软件中心金属材料团队致力于核相关材料模拟方法的发展和模拟软件的研发,建设电子强关联效应和化学无序固溶体的科学建模、微结构长时间演化的多尺度计算、高通量性能预测与优化设计等核心能力,初步建立了材料多尺度模拟与设计平台MASES,涵盖关联电子体系第一性原理模拟软件CESSP、经典分子动力学模拟软件MOASP,正在研发介观相场模拟软件PHASP和晶体弹塑性模拟软件CLASP,支撑武器物理、反应堆和材料基因组等重大应用。

 

团队面向高性能的核相关材料物性模拟,突破了三级并行电子结构计算、时间步长自适应第一性原理分子动力学模拟、系综可配置控制、大规模体系长程相互作用计算等关键技术,实现了极端条件下冷实验替代材料物性预测、初级辐照下反应堆包壳材料损伤机理研究和新鲜核燃料热物理性能评估,相关工作发表在Journal of Chemical Physics、Physical Review B & E、Computer Physics Communications、Journal of Chemical Theory and Computation等计算物理化学领域的权威期刊上。
团队承担了国家863计划课题“核电压水反应堆材料性能优化系统研制与模拟环境设计”和国家重点研发计划课题“面向E级计算的微观和宏观动力学模拟软件”,还承担了多项军方课题,主要研究方向包括:
(1) 强关联材料计算方法;
(2) 低复杂度第一性原理计算方法;
(3) 结构、过渡态等搜索算法;
(4) 加速分子动力学模拟方法;
(5) 介观相场的建模与模拟方法;
(6) 晶体弹塑性的建模与模拟方法;
(7) 高通量数据挖掘算法。