Development of advanced numerical algorithms for kinetic and dynamic simulations of irradiated sistemskinetic monte carlo and dislocation dynamics

Resumen

La tesis se encuadra dentro del campo de la ciencia Computacional de Materiales y en ella se refleja el desarrollo de dos nuevos modelos relacionados con los métodos más usados en los modelos Multiescala, Cinética de Monte Carlo y Dinámica de Dislocaciones. Los métodos de MOnte Carlo cinético son empleados en el contexto de ciencia de materiales para estudiar la evolución temporal de una microestructura dada. Por ejemplo, en daño por irradiación la estructura consiste en distribuciones de defectos, caracterizados por una coeficientes de difusión, los cuales difunden e interaccionan de acuerdo a los campos termodinámicos y de esfuerzos presentes en el material. Aunque kMC es un método ideal para estudiar este tipo de procesos, la inmesa mayoría los códigos existentes en la actualidad son códigos serie que han alcanzado su límite de saturación computacional en términos de memoria y cálculo. Sin embargo, kMC es extremadamente difícil de paralelizar debido al sincronismo intrínseco de los diferentes eventos que tienen lugar en el material. Aunque esta limitación se ha podido resolver con métodos especiales, su complejidad y bajo rendimiento (escalabilidad) han hecho que su aplicación práctica a problemas de interés en ciencia de materiales hauya sido muy reducido. En la tesis se presenta un nuevo modelo síncrono en paralelo que garantiza una simplicidad en la implementación y una eficiencia en paralelo que no ha sido conseguida hasta el momento. Por su parte, la técnica de dinámica de dislocaciones viene siendo aplicada cada vez con más asiduidad para resolver problemas de plasticidad en metales para deformaciones acumuladas de hasta 10%. sin embargo, en la actualidad, con DD solamente se es capaz de tratar dislocaciones perfectas, lo cual limita considerablemente el número de aplicaciones para la cual puede ser empleada. En materiales ccc, por ejemplo, las dislocaciones son energéticamente más favorables cuando están disociadas en lo que se conoce como dislocaciones parciales, lo cual da lugar a reacciones de una complejidad intratable con los códigos actuales. En particular, la interacción entre dislocaciones y tetraedros de fallas de apilamiento, muy ubicuos en materiales ccc irradiados, no se ha podido estudiar explícitamente hasta la fecha. En la tesis se desarrollan unos métodos que permiten estudiar directamente estas interacciones, lo cual ha desembocado en el análisis de procesos físicos de gran interés, no conocidos hasta la fecha.