基于塌陷界面方法的多晶体扩散中晶界有限元仿真
密码学与安全
2025-04-15 v1
摘要
原子扩散影响着各种工程材料的性能，而这些材料主要以多晶体状态存在。因此，对多晶体扩散的严格描述必须考虑晶体缺陷，尤其是晶界（GB），其结构和体积分数——从而决定有效晶粒尺寸——支配质量传递。实验和分子动力学仿真一致表明，GB可使扩散加速数个数量级，且沿界面和横向界面之间的扩散通量通常呈各向异性。常规的中尺度模型要么忽略GB，要么采用理想化的解析校正。完全解析的有限元网格虽准确，但在纳米厚度的GB层参与时计算上不可行。我们引入一种塌陷界面有限元方法，将GB厚度解析集成，并嵌入二维表面单元中。该方法（1）独立处理平面内和垂直扩散系数，（2）无需网格操作即可与周围晶体矩阵耦合，（3）通过简单仿射比例参数化晶粒尺寸和GB体积分数，允许无需重新网格即可系统性变化。通过线性计算同质化提取有效扩散张量。该新的有限元方法在计算成本远低于显式模型的情况下，复现了三维GB传输现象——如离散通量、浓度不连续现象。参数研究覆盖多个数量级的GB扩散系数，揭示了四种不同的扩散 regime，并量化了其对整体响应的影响。该框架因此将原子级数据与连续介质预测相连接，为扩散驱动的多晶体材料设计和优化提供了高效工具。
引用
@article{arxiv.2504.10347,
title = {Uncertain Location Transmitter and UAV-Aided Warden Based LEO Satellite Covert Communication Systems},
author = {Pei Peng and Xianfu Chen and Tianheng Xu and Celimuge Wu and Yulong Zou and Qiang Ni and Emina Soljanin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.10347},
year = {2025}
}