MedeA PhaseField——相场模拟
Simulate years of microstructure evolution in minutes
´The MedeA PhaseField module employs the phase field method to predict grain growth, phase separation, other microstructural evolution phenomena, and stress response in metal alloys, organic materials, and ceramics at length and time scales inaccessible to atomistic simulation methods.’
MedeA PhaseField 是模拟材料微观结构，预测材料性质如力学性质，相变与服役失效行为的方法。通过模拟不同条件下相的演化过程，MedeA PhaseField 能预测晶粒生长，相分离，腐蚀，水合行为，应力变化等等。
MedeA PhaseField 基于有限元的求解器，对耦合相场，传质过程，线形弹性方程进行求解。耦合求解可以模拟金属、陶瓷与其它材料中因相变导致的力学性能变化。PhaseField 模块支持多种不同的边界条件，适用于工程实际中不同的应用场景。
用户只需要定义初始结构，相的性质（如自由能，体扩散系数），界面性质（如界面能，界面扩散系数）。如果性质未知，可直接采用 MedeA 中第一性原理或分子动力学的模拟结果。一旦设置好模拟条件后，有限元网格会自适应调整，即使对于复杂的结构，自适应网格可有效地平衡模拟计算的效率与精度。
MedeA PhaseField 能帮助用户模拟实际工程中诸多不同的现象。例如，2D 模拟氧化过程，3D 模拟 Ag-Cu 二元共晶合金的相分离过程。在模拟过程中，弹性应力场是预测微观结构特点的关键，耦合相变与应力场是模拟结果与实验结果一致的关键因素。有经验的用户可以修改有限元网格，优化相场方程，或引入自定义边界条件提高模拟结果的真实性与准确性。耦合相场与弹性方程可以对应力与应变进行自洽求解，以便研究由应力导致的相变，微观结构与力学性质之间的关系。
MedeA PhaseField 模拟结果可以导出，做进一步的后处理分析与可视化，也可以提取数据用于与实验结果对比。
图 1 MedeA PhaseField 模拟微观结构演化示例。(左)2D 模拟金属材料基底上柱状氧化物的生长，(中) 氧化物生长过程中的应力分布，(右)3D 模拟 Ag-Cu 共晶体系的相分离与相界面。
功能特点：
• 基于有限元模拟微观结构演化过程
• 耦合相场，传质过程，线形弹性方程
• 直接读取 MedeA 中第一性原理与分子动力学得到的性质
• 自适应网格与时间步长提高收敛性
• 易于导出结果用于后处理与可视化
所需模块：
• MedeA Environment
• MedeA PhaseField
推荐模块：
• MedeA VASP
• MedeA Diffusion
• MedeA UNCLE
• MedeA Interfaces
