一种位错环原子结构的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种位错环原子结构的建模方法。该方法的主要内容包括，在给定包含晶体模型原子结构信息的文件的前提下，根据拟构建的位错环原子结构的Burgers矢量、位错环的位置和形状的要求，利用编程语言提取文件中的晶体模型原子结构信息，自动计算出包含符合要求的位错环原子结构的晶体模型的原子坐标，然后按计算机仿真技术能识别的文件格式输出数据到文件。本发明专利技术可方便快捷地在晶体内部指定位置直接构建指定方位、组态和形状的位错环原子结构，为计算机仿真技术对位错环的形态及行为的精准研究创造了有利条件。

A Modeling Method of Dislocation Ring Atomic Structure

The invention discloses a method for modeling the atomic structure of dislocation rings. The main contents of this method include: given the document containing the atomic structure information of the crystal model, according to the Burgers vector of the atomic structure of the dislocation ring, the position and shape of the dislocation ring to be constructed, the atomic structure information of the crystal model in the document is extracted by programming language, and the atoms of the crystal model containing the required atomic structure of the dislocation ring are calculated automatically. The coordinates are then output to the file in the format recognized by the computer simulation technology. The present invention can conveniently and quickly construct the atomic structure of dislocation rings with specified orientation, configuration and shape at the designated position inside the crystal, and create favorable conditions for the accurate study of the dislocation rings'shape and behavior by computer simulation technology.

【技术实现步骤摘要】
一种位错环原子结构的建模方法
本专利技术涉及计算机仿真
，尤其涉及一种位错环原子结构的建模方法。
技术介绍
晶体的塑性变形、晶体生长、形变强化、滞弹性、断裂、相变、晶体的电磁性能、晶体的光学性质、超导性以及其他许多物理、化学性质都与位错有重要的关联。因此，位错的研究无论对于科学研究还是实际应用都有着重要意义。实验上研究位错的方法有浸蚀法、缀饰法、透射电子显微分析法、X射线衍射分析法、场离子显微分析法等。这些实验技术被广泛地应用于分析研究位错的密度、分布和组态以及它们的运动和交互作用等。但是在原子尺度上的研究，计算机仿真技术（如分子动力学模拟）具有重要的地位。各种位错原子结构的直接构建有利于计算机仿真技术对位错行为更为精准的研究。本专利技术公开了一种位错环原子结构的建模方法，解决了计算机仿真研究中直接构建位错环原子结构的问题，本专利技术公开的方法可方便快捷地在晶体模型内部指定位置直接构建指定方位、组态和形状的位错环原子结构。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种方便快捷地构建位错环原子结构的方法，本方法在给定包含晶体模型的原子结构信息的文件的前提下，根据拟构建位错环原子结构的Burgers矢量、位错环的位置和形状的要求，使用编程语言提取文件中晶体模型的原子结构信息，自动计算出包含符合要求的位错环原子结构的晶体模型的原子坐标，然后按计算机仿真技术能识别的文件格式输出文件。本专利技术采用的技术解决方案如下：设拟构建的位错环的Burgers矢量为[uvw]a，a为晶格常数，位错环的形状以椭圆为例，椭圆中心点为P(xpypzp)，椭圆的短轴半长为r0，长轴长为短轴长的m倍，长轴方向为[efg]。步骤一：准备包含晶体模型原子结构信息的文件。步骤二：使用编程语言提取上述文件中的原子结构信息，将坐标系原点移动到点P处，旋转坐标系，使x轴的正向与[uvw]方向一致，y轴正向与[efg]方向一致，z轴由x轴和y轴的矢量叉乘运算得到，然后计算晶体模型内所有原子在新坐标系中的坐标值。步骤三：设位错周围晶格扭曲较明显的区域为以位错线为中心在位错环所在平面内向环内和环外各偏离c的距离，在x方向上前后各偏离b的距离。为构建位错环原子结构，晶体模型内的原子要进行相应的位移，本方法根据位错环周围原子分布的特点，提出以下计算位移的公式，设原子在x方向的位移为q，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：d=a(u2+v2+w2)1/2，r=(y2/m2+z2)1/2,当-b≤x≤b且(r0-c)≤r≤r0时，q=d/2+dx(1-(r0-r)/c)/(4b)，当x>b且(r0-c)≤r≤r0时，q=d/2+d(1-(r0-r)/c)/4，当x<-b且(r0-c)≤r≤r0时，q=d/2-d(1-(r0-r)/c)/4，当r<(r0-c)时，q=d/2，当-b≤x≤b且r0<r≤(r0+c)时，q=-dx(1-(r-r0)/c)/(4b)，当x>b且r0<r≤(r0+c)时，q=-d(1-(r-r0)/c)/4，当x<-b且r0<r≤(r0+c)时，q=d(1-(r-r0)/c)/4，当r>(r0+c)时，q=0。步骤四：根据上面计算得到的每个原子的位移值q，计算晶体模型内所有原子位移后的坐标值，由此在晶体内部指定位置直接构建出位向、组态和形状符合指定要求的位错环原子结构。步骤五：按照步骤二的逆向移动坐标系，使坐标系恢复成原来的位向。步骤六：按计算机仿真技术能识别的格式输出数据到文件。以上内容即为本专利技术公开的位错环原子结构的建模方法的主要内容。本专利技术所公开的位错环原子结构的建模方法，可方便快捷地在晶体内部指定位置直接构建指定方位、组态和形状的位错环原子结构，有利于计算机仿真技术更为精准地对位错环的形态及行为进行研究。附图说明图1是本专利技术实施实例中创建的不含位错环原子结构的B2型NiAl金属间化合物40×40×40超胞的原子结构图。图2是本专利技术实施实例中超胞内已构建位错环原子结构的Ovito软件显示的位错识别图，箭头指示出位错环的Burgers矢量的方向。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此，在不脱离本专利技术上述思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的范围内。实施例：本实例公开了一种位错环原子结构的建模方法。本实例在一个B2型NiAl金属间化合物40×40×40超胞内构建一椭圆形位错环，位错环的Burgers矢量为[001]a、长轴的方向为[110]，椭圆的中心在超胞的中心，长轴的长度是短轴的2倍，短轴半长为8a，a为晶格常数。步骤一：采用MaterialsStudio创建40×40×40超胞，如图1所示，然后以car的格式输出数据文件。步骤二：使用C/C++语言提取上述文件中的原子结构信息，将坐标原点移到超胞的中心，旋转坐标系，使x轴正向沿着晶向[001]，y轴正向沿着晶向[110]，计算晶体模型内所有原子在新坐标系中的坐标值。步骤三：设定位错环原子结构周围晶格扭曲较明显的区域在x方向的范围为以位错线为中心前后偏离4a，在位错环所在平面内向内向外各偏离3a，a为晶格常数，计算晶体超胞内所有原子在x方向的位移q，y方向和z方向不发生位移，主要程序代码如下：for(k=0;k<total_no_atoms;k++){//total_no_atoms为晶体模型内原子的总数pi=3.1415926;a=2.882;//晶格常数u=0;v=0;w=1;//位错的Burgers矢量的方向e=1;f=1;g=0;//椭圆长轴的方向d=a*sqrt(u*u+v*v+w*w);//计算位错的Burgers矢量的长度b=4*a;c=3*a;//晶格扭曲较明显的范围参数r0=8*a;m=2;//椭圆的参数x1=atoms[k].x[0];y1=atoms[k].x[1];z1=atoms[k].x[2];r=sqrt(z1*z1+y1*y1/(m*m));if((r<=r0)&&(r>=(r0-c))&&(x1>=-b)&&(x1<=b)){q=d/2+d/4*x1/b*(1-(r0-r)/c);}if((r<=r0)&&(r>=(r0-c))&&(x1<-b)){q=d/2-d/4*(1-(r0-r)/c);}if((r<=r0)&&(r>=(r0-c))&&(x1>b)){q=d/2+d/4*(1-(r0-r)/c);}if(r<(r0-c)){q=d/2;}if((r>r0)&&(r<=(r0+c))&&(x1>=-b)&&(x1<=b)){q=-d/4*x1/b*(1-(r-r0)/c);}if((r>r0)&&(r<=(r0+c))&&(x1<-b)){q=d/4*(1-(r-r0)/c);}本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种位错环原子结构的建模方法，其特征在于该方法在给定包含晶体模型的原子结构信息的文件的前提下，根据拟构建位错环原子结构的Burgers矢量、位错环的位置和形状的要求，使用编程语言提取文件中晶体模型的原子结构信息，自动计算出包含符合要求的位错环原子结构的晶体模型的原子坐标，然后按计算机仿真技术能识别的文件格式输出文件，主要步骤如下：步骤一：准备包含晶体模型原子结构信息的文件；步骤二：使用编程语言提取上述文件中的原子结构信息，设拟构建的位错环的Burgers矢量为[uvw]a，a为晶格常数，位错环的形状以椭圆为例，椭圆中心点为P(xp yp zp)，椭圆的短轴半长为r0，长轴长为短轴长的m倍，长轴方向为[efg]；将坐标系原点移动到点P处，旋转坐标系，使x轴的正向与[uvw]方向一致，y轴正向与[efg]方向一致，z轴由x轴和y轴的矢量叉乘运算得到，然后计算晶体模型内所有原子在新坐标系中的坐标值；步骤三：设位错周围晶格扭曲较明显的区域为以位错线为中心在位错环所在平面内向环内和环外各偏离c的距离，在x方向上前后各偏离b的距离；为构建位错环原子结构，晶体模型内的原子要进行相应的位移，本方法根据位错环周围原子分布的特点，提出以下计算位移的公式，设原子在x方向的位移为q，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：d=a(u2+v2+w2)1/2，r=(y2/m2 +z2)1/2,当‑b≤x≤b且(r0‑c)≤r≤r0时，q=d/2+d x(1‑(r0‑r)/c)/(4b)，当x>b且(r0‑c)≤r≤r0时，q=d/2+d (1‑(r0‑r)/c)/4，当x...

【技术特征摘要】
1.一种位错环原子结构的建模方法，其特征在于该方法在给定包含晶体模型的原子结构信息的文件的前提下，根据拟构建位错环原子结构的Burgers矢量、位错环的位置和形状的要求，使用编程语言提取文件中晶体模型的原子结构信息，自动计算出包含符合要求的位错环原子结构的晶体模型的原子坐标，然后按计算机仿真技术能识别的文件格式输出文件，主要步骤如下：步骤一：准备包含晶体模型原子结构信息的文件；步骤二：使用编程语言提取上述文件中的原子结构信息，设拟构建的位错环的Burgers矢量为[uvw]a，a为晶格常数，位错环的形状以椭圆为例，椭圆中心点为P(xpypzp)，椭圆的短轴半长为r0，长轴长为短轴长的m倍，长轴方向为[efg]；将坐标系原点移动到点P处，旋转坐标系，使x轴的正向与[uvw]方向一致，y轴正向与[efg]方向一致，z轴由x轴和y轴的矢量叉乘运算得到，然后计算晶体模型内所有原子在新坐标系中的坐标值；步骤三：设位错周围晶格扭曲较明显的区域为以位错线为中心在位错环所在平面内向环内和环外各偏离c的距离，在x方向上前后各偏离b的距离；为构建位错环原子结构，晶体模型内的原子要进行相应的位移，本方法根据位错环周围原子分布的特点，提出以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰，吕柏林，高学朋，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21