中文摘要：

本项目属以计算材料物理为中心与计算数学及物理实验和合金设计为研究的多学科交叉研究。本项目以继续发展和应用我们提出的两类多尺度-跨层次模型算法（能量密度方法及物理参量解析传递方法）以及复杂体系多化学组元协同效应为科学主题。协同模式能量密度方法中跨尺度区局域效应与其环境的耦合机制及数学表述以及化学因素和结构缺陷电子效应与材料物性的相关性是其研究重点。物理参量解析传递方法以其深刻的电子效应背景应用于先进战机叶片材料也是本项目的重点。以单晶高温合金多化学组元为背景，化学元素的协同效应列为本课题的重要探索方向，它涉及先进战机材料的成分设计，关系国家安全。探索发展第一原理大尺度计算方法（PDVM-DAC-MPI）也在重点研究之中。理论算法的发展及其应用于关系国家安全背景的高温合金为本项目特色之一。第一原理算法发展与计算数学及多种物理实验及力学实验体现本项目的交叉学科特色。

结论摘要：

研究工作重要进展 1、多尺度算法发展及应用 1）多尺度序列算法发展及应用 在跨越量子力学与经典力学相关联的物理参量解析传递算法方面，选择与合金位错运动及蠕变断裂行为密切相关的堆垛层错问题及反相畴问题，研究给出了系列重元素及过渡族元素对交滑移激活焓及层错能的影响。出版了两篇论文。 2）多尺度能量密度算法发展 进一步分析计算多尺度跨“原子层”耦合问题，提出体系总能量“格点”分解方法，给出分解静电项的解析表式及数值算法。 3）建立多尺度力匹配方法 基于对高温合金屈服强度的关注，发展了涉及第一原理及晶格格林函数计算以及弹性力学理论的力匹配算法。 2、发展多组元原子间相互作用势 在引入原子电荷转移及弹性约束条件下发展建立了多组元原子间相互作用势Ni-Al-Re势，EAM方法创建者、著名教授M. I. Baskes 在该论文评审信中写到这是一项“Excellent Work”! 3、多组元高温合金中元素间协同效应研究 基于第一原理计算，原子探针实验及高分辨球差校正扫描透射电镜观测，给出了Ni-Al-Re-Ru合金中各类原子分布，原子占位及元素偏聚现象以及合金电子结构及能量学信息，发现Re-Ru之间具协同偏聚现象，反映Ru导致Re元素“相分布”转移。该工作对多组元合金成分设计具有深层次启示。 4、高温合金中裂纹扩展及晶格捕获效应研究 1）基于我们发展的Ni-Al-Re多组元势研究了合金中重元素Re对裂纹扩展的作用，研究指出裂纹扩展速度、裂纹钝化行为以及位错发射行为依赖于重元素Re含量。有关不稳定堆垛能及表面能和劈裂功的计算，给出了重元素Re合金强化效应。 2）基于多组元Ni-Al-Re原子间相互作用势及应力场分析研究了多种裂纹体系（(hkl)[uvw]）与晶格捕获及断裂应力的相关机制，研究指出晶格捕获效应、裂纹取向类型及合金断裂应力依赖于重元素Re含量。 5、分析性研究了大尺度体系线性标度并行算法以及密度泛函理论中交换关联势分析计算问题。