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Développement d’un potentiel d’interaction Développement d’un potentiel d’interaction pour l’oxyde NiO de type EAMpour l’oxyde NiO de type EAM
Stage du DEA Stage du DEA MSMMSM par Mustafa DEMIREL par Mustafa DEMIREL
Tuteur : Patrick Arnoux, ingénieur CEA Tuteur : Patrick Arnoux, ingénieur CEA
Dynamique moléculaire Dynamique moléculaire appliquée à la corrosion sous appliquée à la corrosion sous
contrainte :contrainte :
DEA DEA MModélisation et odélisation et SSimulation des imulation des MMatériauxatériaux
Cadre d’étudeCadre d’étude
LLaboratoire d'aboratoire d'ÉÉtude de la tude de la CCorrosion orrosion AAqueuse :queuse :
Domaine de Recherche : La Corrosion Sous ContrainteDomaine de Recherche : La Corrosion Sous Contrainte
Phénomènes d’amorçage et cinétique de Phénomènes d’amorçage et cinétique de propagation des fissurespropagation des fissures
LA CORROSION SOUS LA CORROSION SOUS CONTRAINTECONTRAINTE
Alliages métalliques Alliages métalliques ductilesductiles dans l’air dans l’air
Mais Mais certains certains fragilesfragiles dans l’eau à dans l’eau à 300°C300°C
Exemple : Inconel 600 (REP)Exemple : Inconel 600 (REP)
Objet d’étude : le fond de fissureObjet d’étude : le fond de fissure
Imagerie MET Imagerie MET (L.E. THOMAS ET (L.E. THOMAS ET S.M. BRUEMMER ) -2000-S.M. BRUEMMER ) -2000-
Potentiel d’interaction et Potentiel d’interaction et Dynamique moléculaireDynamique moléculaire
Point de départ, le Point de départ, le potentiel d’interactionpotentiel d’interaction inter-atomique inter-atomique
la la force d’interactionforce d’interaction dérive du potentiel dérive du potentiel :
Equation fondamentale de la mécanique classiqueEquation fondamentale de la mécanique classique :
Algorithme de VerletAlgorithme de Verlet et/ou prédicateur de Gear et/ou prédicateur de Gear Trajectoire :Trajectoire : Positions et Positions et Vitesses des atomesVitesses des atomes
Exemple de potentiel : V(r)=4e[(s/r)^12-(s/r)^6]
ModélisationModélisation
Potentiel EAMPotentiel EAM MétauxMétaux
BuckinghamBuckingham Cristaux ioniquesCristaux ioniques
Difficulté : Difficulté : MétauxMétaux ET ET OxydesOxydes
ApproximationApproximation : On remplace l’oxyde par un : On remplace l’oxyde par un Métal avec même EMétal avec même E00 et B et B
ModélisationModélisation
Le potentiel EAM: clef de voûte du succès Le potentiel EAM: clef de voûte du succès des simulationsdes simulations
ji
ijiji
ihitot RFE,
, 2
1
Grandeurs physiques et Grandeurs physiques et simulations Xmdsimulations Xmd
Grandeurs d’élasticité:Grandeurs d’élasticité:
CC1111,C,C1212,C,C4444, B (rigidité), et , B (rigidité), et C’ (cisaillement)C’ (cisaillement)
+ + Paramètre de maille A0, énergie de Paramètre de maille A0, énergie de cohésion E0, énergies de surface cohésion E0, énergies de surface , , énergies de défaut d’empilement:énergies de défaut d’empilement:
Obtentions :Obtentions : Réponses en énergies de sollicitations mécaniques ou simulation DM (Xmd)Réponses en énergies de sollicitations mécaniques ou simulation DM (Xmd)
PROGRAMME
PRINCIPAL
« GEN_EAM_X » Réalisé par M Demirel
POCO Provenant d’Internet
XMD Provenant d’Internet
Fichier d’entrée, contraintes de
références, configuration
Potentiel EAM POCO
Potentiel EAM XMD
Réponses énergétiques
Fichiers d’entrées : Expériences
virtuelles dilatation, cisaillement énergie
de surface*.xm
EOS
Valeurs Simules a0, E0, B, C’, C44, C12, C11…
Valeurs références a0, E0, B, C’, C44, C12, C11…
POTENTIEL EAM FINAL Utilisable ultérieurement
Conversion
TRI
OBJET DU STAGE
1ere phase / 2 : Validation de 1ere phase / 2 : Validation de l’utilisation de Xmd (simulations)l’utilisation de Xmd (simulations)
Test du potentiel nickel Test du potentiel nickel
Test du potentiel aluminiumTest du potentiel aluminium
Test du potentiel CuivreTest du potentiel Cuivre
Xianwei ShaXianwei Sha
A. JohnsonA. Johnson
Résultats (1/2)Résultats (1/2)Grandeurs Réf.Exp.[N°9+10] Simulations (Ce travail) Erreur (%)
A0 (Angstrom) 4.050 4.050 0.0
E0 (eV) -3.36 -3.36 0.0
B (ergs/cm3) 0.790 0.794 0.5
C’ (Ergs/cm3) 0.260 0.260 0.0
C44_(Ergs/cm3) 0.316 0.316 0.0
C11_(Ergs/cm3) 1.140 1.140 0.0
C12_(Ergs/cm3) 0.619 0.621 0.3
eV/A² -0.071/-0.075 -0.063 11.0
eV/A² -0.071/-0.075 -0.029 0.0*
eV/A² -0.071/-0.075 -0.041 0.0*
E Défaut d’empilement eV/A² 0.0075 / 0.0090 0.0062 17.0*
Al :Al :
Ni :Ni :
Grandeurs Réf.Exp.[N°7] Simulations (Ce travail) Erreur (%)
A0 (Angstrom) 3.52 3.520 0.0
E0 (eV) -4.45 -4.45 0.0
B (ergs/cm3) 1.810 1.804 0.3
C’ (Ergs/cm3) 0.500 0.496 0.8
C44_(Ergs/cm3) 1.250 1.249 0.1
C11_(Ergs/cm3) 2.470 2.466 0.1
C12_(Ergs/cm3) 1.470 1.473 0.2
eV/A² -0.148 -0.128 13.0
eV/A² -0.148 -0.107 0.0*
eV/A² -0.148 -0.100 0.0*
E Défaut d’empilement eV/A² 0.0190 0.0198 4.5*
Résultats (2/2)Résultats (2/2)
Cu :Cu :
Grandeurs Réf.Exp.[N°11] Simulations (ce travail)
Erreur (%)
A0 (Angstrom) 3.615 3.620 0.1
E0 (eV) -3.540 -3.534 0.2
B (ergs/cm3) 1.383 1.363 1.4
C’ (Ergs/cm3) 0.238 0.240 0.8
C44_(Ergs/cm3) 0.758 0.777 2.5
C11_(Ergs/cm3) 1.700 1.683 1.0
C12_(Ergs/cm3) 1.225 1.203 1.8
eV/A² -0.111 -0.087 21.0
eV/A² -0.111 -0.048 0.0*
eV/A² -0.111 -0.058 0.0*
2 ème phase / 2 : Validation du 2 ème phase / 2 : Validation du code code GEN_EAM_X GEN_EAM_X (M. Demirel)(M. Demirel)
Détermination du potentiel nickel Détermination du potentiel nickel
Détermination du potentiel aluminiumDétermination du potentiel aluminium
Production du potentiel EAM nickelProduction du potentiel EAM nickelGrandeurs Réf.Exp.[N°] Simulations Erreur (%)
A0 (Angstrom) 3,52 3,52 0.0
E0 (eV) -4,450 -4.452 0.1
B (ergs/cm3) 1.810 1.789 1,2
C’ (Ergs/cm3) 0.500 0.498 0,4
C44_(Ergs/cm3) 1,250 1.218 2,5
C11_(Ergs/cm3) 2.470 2.453 0.6
C12_(Ergs/cm3) 1.470 1.456 0.9
eV/A² -0.148 -0.148
eV/A² -0.148 -0.132
eV/A² -0.148 -0.109 0.0*
Objectif principal du stage : Production Objectif principal du stage : Production du Potentiel EAM de L’oxyde de nickeldu Potentiel EAM de L’oxyde de nickel
Grandeurs Réf.Experimentales Simulations (ce travail) Erreur (%)
A0 (Angstrom) 3,52 3,52 0.0
E0 (eV) -9,5 -9.503 0,1
B (ergs/cm3) 1.450 1.460 0,7
C’ (Ergs/cm3) 0.450 0.411 8,7
C44_(Ergs/cm3) 1,090 1.156 6,00
C11_(Ergs/cm3) 2.110 2,008 4,8
C12_(Ergs/cm3) 1.210 1.187
eV/A² -0.290 -0,230
eV/A² -0.290 -0,232
eV/A² -0.290 -0,220 0.0*
Interface métal/oxydeInterface métal/oxyde
Fonctionnelle d'Harris Fonctionnelle d'Harris
E (d) = -EE (d) = -E00..(1+d*).exp(-d*)(1+d*).exp(-d*)Avec d*= (d-dAvec d*= (d-d00)/L)/L
Travaux en cours Travaux en cours d’approfondissementd’approfondissement
……
Travaux en cours Travaux en cours d’approfondissementd’approfondissement
……
Application : introduction des Application : introduction des potentiels dans la situation de potentiels dans la situation de
fissuration fissuration
Simulation par P. Arnoux avec les potentiels obtenus par M. Demirel au cours du stageSimulation par P. Arnoux avec les potentiels obtenus par M. Demirel au cours du stage
Travaux en cours Travaux en cours d’approfondissement…d’approfondissement…
ConclusionsConclusions
Succès : possible emploi de « GEN_EAM_X»Succès : possible emploi de « GEN_EAM_X»
Objectif atteint : potentiel EAM de l’OxydeObjectif atteint : potentiel EAM de l’Oxyde
Stage de recherche Stage de recherche première étape du sujet première étape du sujet de thèsede thèse
Modélisation et simulation Modélisation et simulation sujet prometteur et sujet prometteur et ambitieuxambitieux
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