目錄
前言
第1章　反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料輻照效應(yīng)研究背景及意義　1
1.1　結(jié)構(gòu)材料輻照效應(yīng)研究背景　1
1.2　結(jié)構(gòu)材料輻照效應(yīng)多尺度計(jì)算模擬的需求與挑戰(zhàn)　2
第2章　結(jié)構(gòu)材料多尺度模擬及計(jì)算需求　6
2.1　多尺度建模與模擬技術(shù)　6
2.1.1　第一性原理計(jì)算　8
2.1.2　分子動(dòng)力學(xué)方法　11
2.1.3　動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅方法　16
2.1.4　團(tuán)簇動(dòng)力學(xué)方法　21
2.1.5　位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)方法　24
2.2　結(jié)構(gòu)材料多尺度模擬的計(jì)算需求　26
2.2.1　分子動(dòng)力學(xué)模擬的計(jì)算需求　26
2.2.2　動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅模擬的計(jì)算需求　28
2.2.3　團(tuán)簇動(dòng)力學(xué)模擬的計(jì)算需求　30
第3章　結(jié)構(gòu)材料多尺度計(jì)算模擬研究綜述　34
3.1　歐盟相關(guān)研究　34
3.1.1　RPV系列研究　34
3.1.2　F/M鋼系列研究　40
3.2　美國(guó)相關(guān)研究　42
3.2.1　CASL項(xiàng)目　42
3.2.2　NEAMS項(xiàng)目　44
3.2.3　LWRS項(xiàng)目　47
3.3　中國(guó)相關(guān)研究　49
3.3.1　裂變堆材料輻照效應(yīng)研究　49
3.3.2　聚變堆材料輻照效應(yīng)研究　52
第4章　高性能計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)　57
4.1　高性能計(jì)算技術(shù)概述　57
4.1.1　高性能計(jì)算　57
4.1.2　并行計(jì)算　58
4.1.3　主流的并行編程模型　58
4.1.4　超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展　62
4.2　典型超級(jí)計(jì)算機(jī)架構(gòu)　64
4.2.1　神威E級(jí)超算系統(tǒng)架構(gòu)及編程方法　64
4.2.2　曙光E級(jí)超算系統(tǒng)架構(gòu)及編程方法　68
4.2.3　天河E級(jí)超算系統(tǒng)架構(gòu)及編程方法　73
4.2.4　國(guó)產(chǎn)E級(jí)超算的對(duì)比　77
4.3　本章小結(jié)　77
第5章　大規(guī)模并行分子動(dòng)力學(xué)模擬及實(shí)現(xiàn)　79
5.1　大規(guī)模并行分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)　79
5.1.1　分子動(dòng)力學(xué)基本計(jì)算流程　79
5.1.2　分子動(dòng)力學(xué)粒子存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　81
5.1.3　大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件簡(jiǎn)介　83
5.1.4　分子動(dòng)力學(xué)中的級(jí)聯(lián)碰撞模擬　85
5.2　MISA-MD：大規(guī)模并行分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件　86
5.2.1　MISA-MD軟件架構(gòu)及組成　86
5.2.2　MISA-MD粒子存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)　87
5.2.3　面向國(guó)產(chǎn)超算的MISA-MD程序性能優(yōu)化　90
5.2.4　MISA-MD與LAMMPS的功能和性能對(duì)比　92
5.2.5　MISA-MD軟件性能　94
5.3　本章小結(jié)　95
第6章　大規(guī)模并行動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅模擬及實(shí)現(xiàn)　96
6.1　大規(guī)模并行動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅模擬技術(shù)　96
6.1.1　KMC方法　96
6.1.2　并行KMC算法　97
6.1.3　SL算法的通信策略　101
6.1.4　KMC速率計(jì)算與事件選擇算法　103
6.1.5　KMC并行軟件介紹　103
6.2　MISA-AKMC：大規(guī)模并行動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅模擬軟件　104
6.2.1　MISA-AKMC并行KMC框架　105
6.2.2　MISA-AKMC核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示　107
6.2.3　MISA-AKMC應(yīng)用　108
6.3　本章小結(jié)　109
第7章　大規(guī)模并行團(tuán)簇動(dòng)力學(xué)模擬及實(shí)現(xiàn)　111
7.1　團(tuán)簇動(dòng)力學(xué)的數(shù)值解法　111
7.1.1　分組方法　112
7.1.2　Fokker-Planck方法　115
7.1.3　隨機(jī)方法　116
7.1.4　雜化方法　118
7.2　空間關(guān)聯(lián)團(tuán)簇動(dòng)力學(xué)的相關(guān)研究　122
7.3　SUMMER-CD：空間關(guān)聯(lián)的并行團(tuán)簇動(dòng)力學(xué)模擬軟件　123
7.3.1　軟件架構(gòu)　124
7.3.2　軟件實(shí)現(xiàn)　125
7.3.3　模擬結(jié)果與性能測(cè)試　130
7.4　MISA-SCD：大規(guī)模并行隨機(jī)團(tuán)簇動(dòng)力學(xué)模擬軟件　132
7.4.1　MISA-SCD模型構(gòu)建　133
7.4.2　并行算法　137
7.4.3　軟件實(shí)現(xiàn)　138
7.4.4　正確性驗(yàn)證　143
7.4.5　性能分析　145
7.5　MISA-SCD應(yīng)用實(shí)例　149
7.5.1　RPV鋼模型合金中富Cu團(tuán)簇析出模擬：允許的缺陷和反應(yīng)　149
7.5.2　電子輻照Fe-1.34at.%Cu中Cu析出模擬　150
7.5.3　中子輻照Fe-0.3at.%Cu中的Cu析出模擬　151
7.6　本章小結(jié)　152
第8章　結(jié)構(gòu)材料數(shù)值計(jì)算大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)　154
8.1　數(shù)值計(jì)算大數(shù)據(jù)　154
8.2　材料輻照效應(yīng)計(jì)算模擬中的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)　156
8.2.1　機(jī)器學(xué)習(xí)原理　156
8.2.2　材料領(lǐng)域常用機(jī)器學(xué)習(xí)算法及模型　157
8.2.3　機(jī)器學(xué)習(xí)在材料輻照效應(yīng)計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用　158
8.3　數(shù)值計(jì)算大數(shù)據(jù)智能處理技術(shù)　160
8.3.1　數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的建模優(yōu)化方法　160
8.3.2　基于數(shù)據(jù)挖掘分析的科學(xué)發(fā)現(xiàn)　161
8.3.3　數(shù)值計(jì)算大數(shù)據(jù)智能處理技術(shù)難點(diǎn)及挑戰(zhàn)　162
8.4　材料數(shù)值計(jì)算大數(shù)據(jù)的應(yīng)用實(shí)例　163
8.4.1　基于xgboost算法的Frenkel缺陷對(duì)數(shù)預(yù)測(cè)　163
8.4.2　基于并查集算法的級(jí)聯(lián)碰撞團(tuán)簇劃分方法　164
8.4.3　基于聚類算法的KMC長(zhǎng)程演化類環(huán)狀原子簇發(fā)現(xiàn)　166
8.4.4　基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勢(shì)函數(shù)模型AIPM　167
8.5　本章小結(jié)　169
第9章　結(jié)構(gòu)材料多尺度耦合模擬平臺(tái)PRIME　170
9.1　PRIME平臺(tái)概述　170
9.2　PRIME平臺(tái)實(shí)現(xiàn)　171
9.2.1　PRIME平臺(tái)框架　171
9.2.2　PRIME平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)　173
9.2.3　模擬大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系　177
9.2.4　平臺(tái)功能流程及開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)　177
9.2.5　多軟件間耦合模擬實(shí)現(xiàn)　181
9.3　PRIME平臺(tái)應(yīng)用實(shí)例　182
9.3.1　SCD和DD耦合的Fe-Cu合金熱老化模擬　183
9.3.2　RPV鋼輻照硬化和脆化預(yù)測(cè)　184
9.3.3　平臺(tái)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IAEA級(jí)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)格式　186
9.4　本章小結(jié)　187
第10章　材料輻照效應(yīng)計(jì)算的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)　188
參考文獻(xiàn)　193