Development of a semi-automated molecular dynamics workflow for testing interatomic potentials against ab-initio data

Titel in Übersetzung: Entwicklung eines halbautomatischen Molekulardynamik-Testablaufs zum Vergleich interatomarer Potentiale mit ab-initio-Daten

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Die experimentelle Untersuchung von Eigenschaften und Verhalten von Werkstoffen wird bereits seit einigen Jahrzehnten zunehmend von computergestützten Methoden ergänzt. Hierbei zeichnen sich Molekulardynamik-Simulationen durch eine gute Kombination aus einfacher Implementierung und geringem Rechenaufwand bei vergleichsweise großen Systemabmessungen aus. Experimente in kleinem Maßstab sind in der Regel kostenintensiv und zeitaufwendig. Oft kann die Kenntnis von Vorgängen in kleinem Maßstab in Werkstoffen einen wichtigen Einblick in die Bulk-Eigenschaften geben. Dies ist auch bei Nickelbasis-Superlegierungen der Fall, deren Eigenschaften sich zum Beispiel durch Ausscheidung von Spezies in verschiedenen Phasen, an Korngrenzen oder anderen Kristallfehlern erheblich ändern können. Ziel dieser Arbeit ist es, an experimentelle Daten angepasste interatomare Potentiale hinsichtlich ihrer Vergleichbarkeit mit Ergebnissen aus ab-initio-Methoden zu testen. Interatomare Potentiale, die für verschiedene, nickelbasierte Materialsysteme entwickelt wurden, wurden auf ihre Anwendbarkeit für kubisch-flächenzentriertes, elementares Nickel, kubisch-raumzentriertes ß-NiAl (B2) und kubisch-flächenzentriertes Ni¿Al (L1¿) geprüft. Der Gleichgewichts-Gitterparameter, elastische Eigenschaften und die Leerstellenenergie aller drei Phasen, sowie die Stapelfehler-, Oberflächen- und Korngrenzenergien von elementarem Nickel wurden berechnet und mit Ergebnissen aus ab-initio-Berechnungen verglichen. Abhängig von den Eigenschaften, an die die Potentiale angepasst wurden, stimmen die berechneten Werte gut mit denen der ab-initio-Simulationen überein. Die Ergebnisse der jeweiligen Potentiale für Gitterparameter und elastische Eigenschaften entsprechen eher den experimentellen Werten, da diese zumeist Parameter der Potentialkurven sind. Ähnliches gilt für die Nickel-Leerstellenenergien, wenn diese für die Potentialentwicklung verwendet wurden. Die meisten Stapelfehlerenergien führen zu zufriedenstellenden Ergebnissen. Die Oberflächenenergien fallen zwar generell niedriger als die ab-initio-Werte aus, folgen allerdings dem aus diesen bekannten Trend ¿¿¿¿ > ¿¿¿¿ > ¿¿¿¿. Besonders hervorzuheben ist jedoch die Korngrenzenergie, die bei keinem der Potentiale in der Kurvenanpassung berücksichtigt wurde, den ab-initio-Ergebnissen aber sehr nahe kommt. Die meisten der getesteten interatomaren Potentiale eignen sich vor allem für die Berechnung von Flächenfehlerenergien, da diese Werte mit denen der ab-initio-Berechnungen zum Teil sehr gut übereinstimmen.
Titel in ÜbersetzungEntwicklung eines halbautomatischen Molekulardynamik-Testablaufs zum Vergleich interatomarer Potentiale mit ab-initio-Daten
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Holec, David, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung21 Okt. 2022
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Molekulardynamik
  • interatomare Potentiale
  • Nickelbasis-Superlegierung

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