Sofia 1574, 67 Shipchenski Prohod Blvd.

mecanismului

Tel.: +359 2 46 26 220b

Fax: +359 2 46 26 202

Strada Acad. G. Bonchev, bloc 25A
1113 - Sofia, BULGARIA

Telefon: (02) 979 6611, (02) 870 8494
Fax: (02) 870 72 73

Conf. Dr. Ivaylo Hristov Katsarov

Scopul principal al acestei propuneri este de a oferi un studiu mai aprofundat al mecanismului HELP al HE prin integrarea modelării folosind cele mai moderne metode multi-scară și tehnici experimentale adecvate pentru studierea proceselor de osificare. Acest lucru va duce la identificarea modurilor și microstructurilor rezistente la HE și va afecta potențial proiectarea de oțeluri și aliaje noi pentru aplicații inginerești. Vom folosi Fe pentru sistemul de modele. Scopul va fi atins prin îndeplinirea următoarelor sarcini:

1. Dezvoltarea de modele multi-scala care descriu întregul set de procese care au loc la diferite niveluri și care contribuie la creșterea indusă de hidrogen a mobilității dislocării în Fe.

2. Studiul influenței lui H asupra interacțiunilor dintre luxații, rearanjarea locală a luxațiilor și formarea de încurcături și structură celulară în Fe.

3. Validarea modelelor prin utilizarea unui set de studii experimentale și tehnici pentru studierea proceselor la nivelurile nano, mezo și macro.

4. Identificarea condițiilor mecanice și a structurilor de dislocare din Fe care sunt rezistente la HE și găsirea unor instrumente eficiente pentru controlul acestora.

Rezultatele modelării pe mai multe scale și ale cercetărilor experimentale vor fi utilizate pentru a analiza și a înțelege mai bine mecanismele HE în Fe și oțeluri.

Obiectivele proiectului, ipotezele și abordările pentru realizarea lor

Principalele obiective din propunerea de proiect sunt de a conduce la o înțelegere mai profundă a întregului complex de fenomene fizice implicate în plasticitatea localizată indusă de hidrogen în Fe. Proiectul propus își propune să utilizeze și să dezvolte cele mai moderne metode în domeniul modelării numerice a mecanismului HELP al HE. Acest obiectiv va fi atins prin dezvoltarea unui model de cadru multi-scară care va permite extragerea și diseminarea informațiilor legate de caracteristicile microstructurale critice de la nivelul nano până la gama mezo.

Deoarece atât studiile teoretice, cât și cele experimentale în Fe arată că influența hidrogenului asupra reducerii interacțiunilor elastice dintre luxații este neglijabilă, ecranarea este un mecanism puțin probabil de AJUTOR în Fe. atomii s-au format în jurul dislocărilor asupra comportamentului lor. Așteptările noastre sunt că, datorită mobilității mari a H, datorită efectelor tunelurilor cuantice, difuzia atomilor de H duce la o reducere a energiei formării perechilor de curbe și la o mobilitate crescută a luxațiilor. În studiul propus, vom modela mișcarea dislocărilor împreună cu difuzia hidrogenului, luând în considerare efectele cuantice nucleare. Acest lucru ne va permite să obținem informații fundamentale despre mobilitatea luxațiilor în Fe la diferite concentrații de hidrogen și condiții mecanice.

Ipotezele de mai sus vor fi punctul central al propunerii de proiect și vor fi testate atât teoretic, cât și experimental. Obiectivele detaliate sunt:

1 Investigarea efectului hidrogenului asupra mișcării 1/2 [111] E-dislocare în Fe indusă de formarea și migrarea perechilor de curbe și difuzia H în nucleul dislocării.

2 Dezvoltarea unui set de modele multi-scala care iau în considerare întreaga gamă de procese care contribuie la mobilitatea indusă de hidrogen a 1/2 [111] dislocări S în Fe.

3 Investigația influenței H asupra reamenajării locale a luxațiilor și formarea de încurcături și structură celulară în Fe.

4 Validarea acestor modele folosind o gamă largă de tehnici experimentale și observații la scară nano, mezo și macro.

5 Identificarea condițiilor mecanice și a microstructurilor de dislocare în Fe rezistente la fragilitatea hidrogenului și găsirea unor instrumente eficiente pentru controlul structurii și proprietăților materialului.

6 Folosirea rezultatelor abordărilor dezvoltate de modelare pe mai multe scări pentru a dobândi noi cunoștințe despre mecanismele osificării H în Fe și oțeluri.

Planul de cercetare și activitățile desfășurate de participanți și membrii echipei de cercetare

Studiul se va concentra pe un studiu mai aprofundat al efectului H asupra creșterii mobilității dislocării și a mecanismelor HE în Fe, care este esențială pentru înțelegerea mecanismelor HE în oțeluri. Cercetarea planificată va fi realizată în două direcții paralele, teoretic și experimental, care sunt interconectate și complementare. În general, planul de lucru este împărțit în 6 pachete de lucru (WP). Primele trei și FP5 acoperă cercetarea teoretică, iar FP4 conține activități experimentale. PC6, pe lângă managementul științific, administrativ și financiar, include și activități de diseminare.

Simulările RPMD ale mobilității dislocării E la diferite concentrații de H în Fe vor fi efectuate în interior RP1. Aceasta este activitatea care necesită cele mai puternice resurse de calcul disponibile la Institutul de Tehnologii ale Informației și Comunicațiilor-BAS. Pentru a studia efectele cuantice nucleare, rezultatele simulărilor RPMD vor fi comparate cu rezultate similare obținute utilizând MD clasic și cu studii experimentale privind comportamentul dislocărilor E la temperaturi scăzute. Durata RP1 este de la 1 la 33 de luni. Șeful acestui ERP este profesor asociat Nevena Ilieva.

Dezvoltarea unui model multi-scară care integrează modelarea nano-mezonivelelor este crucială pentru simularea și studiul interconectării fenomenelor care controlează mobilitatea luxației elicoidale în prezența H. Aceste studii vor fi efectuate în cadrul RP2. Lucrările la FP2 vor începe cu simulări atomice. Vom aplica QTST într-o variantă folosind WLMC și RPMD pentru a calcula frecvența cu care atomii de H părăsesc capcanele create de dislocarea S în Fe. Aceste frecvențe sunt necesare pentru a determina energia de formare a perechilor de curbe și rata de migrație a curbelor de-a lungul liniei de dislocare utilizând metoda NEB. Energia de formare a perechilor de curbe și viteza curbelor sunt parametri utilizați în modelul kMC care descrie mișcarea dislocării S la diferite concentrații de H, condiții mecanice și temperaturi. Durata FP2 este între a 10-a și a 33-a lună. Șeful acestui RP este conferențiarul Ivaylo Katsarov.

Rolul lui H pentru reorganizarea locală a luxațiilor și formarea încurcăturilor luxațiilor și a structurii dislocării celulare va fi investigat în RP3. Lucrul la acest FP necesită, de asemenea, modelare pe mai multe scări. Vom folosi simularea atomistică pentru a calcula energiile de interacțiune dintre atomii H, luxațiile și compușii formați în reacții tipice de dislocare încrucișată între luxațiile mobile din Fe. Energiile luxațiilor și ale compușilor din Fe pur vor fi calculate în cadrul teoriei elastice clasice a luxațiilor. Energiile de interacțiune a dislocării atomice, calculate atomistic, vor fi folosite pentru a determina corecțiile energiilor de dislocare și ale compușilor în prezența lui N. Durata acestui RP este de la a 7-a până la a 33-a lună și va fi ghidată de prof. Lyudmil Drenchev.

Activitatea experimentală din cadrul RP4 va începe cu testarea aparatului universal de testare și a celulei electrolitice pentru încărcarea catodică a hidrogenului. Inițial, vom determina concentrația de hidrogen din probele corespunzătoare diferitelor densități de curent catodic și la temperaturi diferite. Densitatea dislocării necesară pentru determinarea concentrației de H va fi determinată de TEM. Următorul pas implică efectuarea de studii de relaxare izotermă pe probe încărcate cu Fe pur și catod de hidrogen și determinarea volumului de activare efectiv și a factorului de sensibilitate a ratei de deformare. Efectul lui H asupra structurii de dislocare formată va fi studiat folosind TEM. Acest FP va dura între a 4-a și a 33-a lună și va fi ghidat de art. cor. Tony Spasov.

În cadrul proiectului este planificată construirea unui cluster de calculatoare în IMSTCA, care va fi utilizat în principal pentru calcule paralele moleculare-dinamice și atomice. Această activitate este inclusă în RP5. Clusterul va fi format din 4 computere multiprocesor puternice și va fi construit cu o opțiune pentru actualizare și îmbunătățire. Clusterul de calculatoare va fi, de asemenea, utilizat pentru a instrui tinerii oameni de știință implicați în proiect în paralel cu programarea și pentru a lucra cu produsele software necesare implementării sarcinilor planificate. Pentru a facilita munca supercomputerului disponibil în organizația parteneră IICT și pentru a economisi resurse și timp pentru computer, toate programele de calculator care vor fi dezvoltate în cadrul proiectului vor fi create și testate pe clusterul de calculatoare. WP5 va dura de la 7 la 30 de luni și va fi condus de prof. Lyudmil Drenchev.

Toate activitățile legate de gestionarea proiectelor sunt incluse în PC6. Acestea constau în management științific și administrativ, control financiar și diseminarea rezultatelor. Persoanele responsabile pentru această paritate sunt conf. Univ. Prof. Ivaylo Katsarov - pentru partea științifică, prof. Lyudmil Drenchev - pentru activitate administrativă și Maria Dimitrova pentru gestionarea financiară a proiectului. Prof. Lyudmil Drenchev va fi, de asemenea, responsabil pentru diseminarea rezultatelor, așa cum este descris mai detaliat în secțiunea 6. Planul de implementare și diseminare a rezultatelor proiectului. Durata acestui pachet de lucru este de la prima până la a 36-a lună.

Publicații științifice despre proiect

Peng Gong, Ivaylo H. Katzarov, John Nutter, Anthony T. Paxton și W. Mark Rainforth, Influența hidrogenului asupra plasticității în fierul pur - teorie și experiment, Rapoarte științifice 10: 10209, 2020, https://doi.org /10.1038/s41598-020-66965-z, SJR = 3.998.

Haiyang Yu, Ivaylo H. Katzarov, Anthony T. Paxton, Alan C.F. Cocks și Edmund Tarleton, Influența ecranării forței nucleului de hidrogen asupra joncțiunilor de dislocare din fier, Phys. Rev. Materiale 4, 033607, 2020, https: // doi .org/10.1103/PhysRevMaterials. 4,033607, SJR = 3,337.

Ivaylo Katzarov, Nevena Ilieva și Ludmil Drenchev, Efecte cuantice asupra mișcării dislocării în Fe încărcat cu hidrogen din dinamica moleculară inel-polimer, Studii în inteligență computerizată, Springer (tipărit), SJR = 0,215.

Participarea la forumuri științifice

Ivaylo Katzarov, Efectul atmosferei de hidrogen asupra mobilității dislocării șurubului 1/2 [111] în bcc Fe, Conferința internațională a metalelor, ceramicii și compozitelor, 25 - 27 septembrie 2019, Varna, Bulgaria, Proceedings Conference, p. 75 .
Întreaga informație

Ivaylo Katzarov, Nevena Ilieva și Ludmil Drenchev, Difuzivitatea efectivă anomală a hidrogenului în bcc-Fe din simulările RPMD, a XII-a Conferință internațională on-line privind aplicarea matematicii în științele tehnice și naturale 24-29 iunie 2020
Întreaga informație

Ivaylo Katzarov, Nevena Ilieva, Ludmil Drenchev, Difuzivitatea efectivă a hidrogenului în bcc-Fe: caracter anormal datorită fluctuațiilor cuantice ale protonilor? 619-7320-09-1 (carte electronică)
Întreaga informație