紧扣国家能源战略与高端装备制造发展需求，聚焦油气田开发与前沿工业领域对高强韧、轻量化、极端环境适应性新材料的核心需求，构建了从原子尺度分子动力学模拟到宏观性能预测的多尺度仿真体系。团队以大规模原子/分子并行模拟器（LAMMPS）为核心工具，结合OVITO可视化分析平台，系统开展了高熵合金、钛基复合材料、难变形金属等核心材料体系的微观变形机制、界面演化规律、工艺参数优化研究。通过揭示材料微观结构与性能的构效关系，突破了传统“试错法”研发周期长、成本高的瓶颈，为新材料的成分设计、制备工艺优化及服役性能预判提供了坚实的理论支撑，有效解决了高端材料国产化替代、苛刻工况下材料性能不足等行业痛点。

【核心技术突破】

高熵合金尺寸效应与塑性变形机制仿真：针对FCC CoCrFeNiMn高熵合金“强韧倒置”难题，团队构建了3~13 nm纳米柱模型，采用2NN MEAM势函数开展分子动力学模拟。研究发现：合金强度呈“越小越强”的尺寸效应，且存在临界横截面尺寸（7 nm）。塑性变形机制表现出显著尺寸依赖性：小尺寸（≤7 nm）以非晶化主导，非晶原子占比由35%增至48%；大尺寸（≥13 nm）则以位错滑移、a/6⟨211⟩肖克莱部分位错增殖及FCC→HCP相变主导。该研究明确了尺寸－性能映射关系，为高性能高熵合金纳米构件制备提供了理论指导。

晶体/非晶双相高熵合金层厚调控仿真：为突破单相高熵合金强韧难以协同的瓶颈，团队系统模拟了交替晶体/非晶（C/A）双相高熵合金的力学性能。构建了模型尺寸为36 nm × 42 nm × 3.5 nm、含约47万原子的多层结构模型，系统调控HCP/FCC相比例（100/0至0/100）。模拟揭示了层厚对变形机制的调控规律：当非晶层厚降至5 nm时，FCC→HCP相变比例达到峰值（约0.7%），材料兼具高硬度与优异变形能力。该工作阐明了双相高熵合金中晶体相体积分数对塑性变形机制的定量影响，为设计高性能双相高熵合金提供了原子尺度的理论依据。

钛基多层复合材料界面演化模拟 ：针对钛基复合材料界面调控的技术难点，团队构建了Ti/TiCu晶体/非晶多层结构模型，模型尺寸为5.4nm×59.8nm×16.4nm，包含约34万原子，实现了晶态/非晶层厚在3.76~15.03 nm范围内的精确调控。通过分子动力学模拟，系统揭示了界面区域的原子重构规律与拉伸加载下的裂纹萌生、扩展机制，以及应力-电化学腐蚀协同作用下的界面失效行为。该仿真结果为Ti-Zr-Nb系中高熵合金、Ti-542钛合金的界面优化与耐腐蚀性能提升提供了关键理论支撑，相关技术已应用于油气钻具用钛合金的研发。

【成果支撑】

依托“先进材料计算与设计”校级创新团队，团队在计算仿真与新材料研发领域积累了扎实的基础：主持国家级、省部级重大项目10余项，省部级及厅局级奖励4项，发表学术论文300余篇，其中SCI/EI收录200余篇；培养博士/硕士研究生50余名。团队成员先后入选陕西省青年科技新星、教育部“新世纪优秀人才支持计划”、陕西省中青年科技创新领军人才、“弘扬爱国奋斗精神、建功立业新时代”陕西省优秀青年科技新星等。

【应用前景】

本方向研发的材料计算与仿真技术，作为新材料研发的“加速器”和“显微镜”，具有广阔的应用前景：

油气田开发领域：仿真技术可加速耐高温可溶材料、Ti-542钛合金、轻质焊接结构材料的迭代，精准预测材料在超深井、高温高压、CCUS等复杂环境下的服役行为，助力油气增储上产与智能化升级。

高端装备制造领域：通过仿真优化Ti-542钛合金、中/高熵合金、国产化镍基高温合金的成分与工艺，实现航空航天、舰船、核电、新能源等领域高端结构材料的国产化替代，打破国外技术垄断。难变形金属成型控性仿真可推动精密锻件、管棒材等基础零部件的升级换代。

前沿新材料设计领域：多尺度仿真技术可拓展至高熵合金、非晶合金、高熵陶瓷等前沿新材料的设计，大幅缩短研发周期，降低研发成本。特别是在纳米结构材料、梯度功能材料的设计方面，仿真技术具有不可替代的指导作用。

跨学科融合领域：仿真技术可进一步与机器学习、人工智能交叉融合，构建材料性能预测模型，实现新材料的高效筛选。同时，在生物医用植入材料、核结构抗辐照材料等新兴领域，仿真技术将为材料在极端环境下的性能评估提供关键手段，推动材料科学与医学、核工程、环保工程的深度融合。