本发明专利技术提供了一种原子尺度晶界界面张力场计算方法、装置及电子设备，涉及物理计算技术领域，本发明专利技术在进行界面张力场计算时，先获取目标晶界的二维原子模型；再对二维原子模型进行分子动力学仿真，得到与预设应变场对应的维里应力数据；其中，维里应力数据包括二维原子模型中各个原子的维里应力数值；进而根据维里应力数据和预设的两组虚位移场，通过场映射方法计算得到目标晶界在预设应变场下的界面张力场。这样对离散的分子动力学仿真结果进行了逆重建，基于微观分子动力学仿真结果，获得了原子尺度界面上的连续张力场分布，从而为分子动力学仿真到相关有限元计算搭建了桥梁。子动力学仿真到相关有限元计算搭建了桥梁。子动力学仿真到相关有限元计算搭建了桥梁。
【技术实现步骤摘要】
原子尺度晶界界面张力场计算方法、装置及电子设备
[0001]本专利技术涉及物理计算
，尤其是涉及一种原子尺度晶界界面张力场计算方法、装置及电子设备。
技术介绍
[0002]晶界在各种天然材料和工程材料中普遍存在，并影响着材料的许多力学性能。目前，对晶界结构与其发射位错倾向之间关系的大部分理解都是通过后推分子动力学(Molecule Dynamics，简称MD)模拟得到的。虽然分子动力学方法能够得到晶界的原子结构并计算晶界的位错发射应力，但其结果是离散的原子信息，无法应用到宏观连续的有限元等仿真中用于计算材料结构的宏观力学响应。如何将晶界等离散原子界面对材料性能的影响反映到宏观材料仿真，是跨尺度材料力学研究的一个难题。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种原子尺度晶界界面张力场计算方法、装置及电子设备，以获得原子尺度界面的连续张力场分布。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供了一种原子尺度晶界界面张力场计算方法，包括：
[0005]获取目标晶界的二维原子模型；
[0006]对所述二维原子模型进行分子动力学仿真，得到与预设应变场对应的维里应力数据；其中，所述维里应力数据包括所述二维原子模型中各个原子的维里应力数值；
[0007]根据所述维里应力数据和预设的两组虚位移场，通过场映射方法计算得到所述目标晶界在所述预设应变场下的界面张力场。
[0008]进一步地，所述获取目标晶界的二维原子模型，包括：
[0009]获取目标晶界的晶界信息，所述晶界信息包括晶界类型和原子类型；
[0010]根据所述目标晶界的晶界信息，构建得到所述目标晶界的二维原子模型。
[0011]进一步地，所述对所述二维原子模型进行分子动力学仿真，得到与预设应变场对应的维里应力数据，包括：
[0012]获取与所述目标晶界对应的势函数文件和与所述预设应变场对应的仿真条件；
[0013]基于所述势函数文件对所述二维原子模型进行所述仿真条件下的分子动力学仿真，得到所述维里应力数据。
[0014]进一步地，所述仿真条件包括在所述二维原子模型中所述目标晶界的法线方向上，进行预设应变率的应变加载，数据输出时间为所述二维原子模型中的应变值达到与所述预设应变场对应的预设应变值的时刻。
[0015]进一步地，所述根据所述维里应力数据和预设的两组虚位移场，通过场映射方法计算得到所述目标晶界在所述预设应变场下的界面张力场，包括：
[0016]通过如下公式计算得到所述目标晶界在所述预设应变场下的界面张力场，其中，虚应变场与虚位移场对应：
[0017]∫
V
δε：σdv＝∫
s
δu：tds＝ΔΦ
[0018][0019]其中，δε为虚应变场，σ为柯西应力场，所述柯西应力场由所述维里应力数据构成，δu为虚位移场，t为界面张力场，V为由边界S包裹的区域，dv为面积微元，S为所述二维原子模型中所述目标晶界的边界，ds为边界微元，ΔΦ为总原子间势能变化，t
i
(x1)为横坐标值x1处的张力，k为波数，n为傅里叶项的总项数，为傅里叶系数，L为边界S的长度，i＝1、2，分别对应边界S的剪切方向和法向方向，横坐标方向为边界S的剪切方向。
[0020]进一步地，两组所述虚位移场分别如下：
[0021][0022][0023][0024]其中，x2为纵坐标值，纵坐标方向为边界S的法线方向，∈为预设的位移变化值，H分别为矩形区域V的高度，D0、D1、D2、D3、D4为对所述二维原子模型中晶界区域进行划分得到的，D0为矩形区域V所在侧的晶界区域中除矩形区域V外的区域，D1、D2、D3为由矩形区域V划分得到的三个三角区域，D2包含边界S，D4为晶界区域中矩形区域V相对侧的区域。
[0025]进一步地，所述根据所述维里应力数据和预设的两组虚位移场，通过场映射方法计算得到所述目标晶界在所述预设应变场下的界面张力场之后，所述原子尺度晶界界面张力场计算方法还包括：
[0026]对所述目标晶界的界面张力场进行有限元方法的应用。
[0027]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种原子尺度晶界界面张力场计算装置，包括：
[0028]获取模块，用于获取目标晶界的二维原子模型；
[0029]仿真模块，用于对所述二维原子模型进行分子动力学仿真，得到与预设应变场对应的维里应力数据；其中，所述维里应力数据包括所述二维原子模型中各个原子的维里应力数值；
[0030]计算模块，用于根据所述维里应力数据和预设的两组虚位移场，通过场映射方法计算得到所述目标晶界在所述预设应变场下的界面张力场。
[0031]进一步地，所述计算模块具体用于：
[0032]所述计算模块具体用于：
[0033]通过如下公式计算得到所述目标晶界在所述预设应变场下的界面张力场，其中，虚应变场与虚位移场对应：
[0034]∫
V
δε：σdv＝∫
s
δu：tds＝ΔΦ
[0035][0036]其中，δε为虚应变场，σ为柯西应力场，所述柯西应力场由所述维里应力数据构成，δu为虚位移场，t为界面张力场，V为由边界S包裹的区域，dv为面积微元，S为所述二维原子模型中所述目标晶界的边界，dS为边界微元，ΔΦ为总原子间势能变化，t
i
(x1)为横坐标值x1处的张力，k为波数，n为傅里叶项的总项数，为傅里叶系数，L为边界S的长度，i＝1、2，分别对应边界S的剪切方向和法向方向，横坐标方向为边界S的剪切方向。
[0037]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的原子尺度晶界界面张力场计算方法。
[0038]本专利技术实施例提供的原子尺度晶界界面张力场计算方法、装置及电子设备，在进行界面张力场计算时，先获取目标晶界的二维原子模型；再对二维原子模型进行分子动力学仿真，得到与预设应变场对应的维里应力数据；其中，维里应力数据包括二维原子模型中各个原子的维里应力数值；进而根据维里应力数据和预设的两组虚位移场，通过场映射方法计算得到目标晶界在预设应变场下的界面张力场。这样对离散的分子动力学仿真结果进行了逆重建，基于微观分子动力学仿真结果，获得了原子尺度界面上的连续张力场分布，从而为分子动力学仿真到相关有限元计算搭建了桥梁。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]图1为本专利技术实施例提供的一种原子尺度晶界界面张力场计算方法的流程示意图；
[0041]图2为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种原子尺度晶界界面张力场计算方法，其特征在于，包括：获取目标晶界的二维原子模型；对所述二维原子模型进行分子动力学仿真，得到与预设应变场对应的维里应力数据；其中，所述维里应力数据包括所述二维原子模型中各个原子的维里应力数值；根据所述维里应力数据和预设的两组虚位移场，通过场映射方法计算得到所述目标晶界在所述预设应变场下的界面张力场。2.根据权利要求1所述的原子尺度晶界界面张力场计算方法，其特征在于，所述获取目标晶界的二维原子模型，包括：获取目标晶界的晶界信息，所述晶界信息包括晶界类型和原子类型；根据所述目标晶界的晶界信息，构建得到所述目标晶界的二维原子模型。3.根据权利要求1所述的原子尺度晶界界面张力场计算方法，其特征在于，所述对所述二维原子模型进行分子动力学仿真，得到与预设应变场对应的维里应力数据，包括：获取与所述目标晶界对应的势函数文件和与所述预设应变场对应的仿真条件；基于所述势函数文件对所述二维原子模型进行所述仿真条件下的分子动力学仿真，得到所述维里应力数据。4.根据权利要求3所述的原子尺度晶界界面张力场计算方法，其特征在于，所述仿真条件包括在所述二维原子模型中所述目标晶界的法线方向上，进行预设应变率的应变加载，数据输出时间为所述二维原子模型中的应变值达到与所述预设应变场对应的预设应变值的时刻。5.根据权利要求1所述的原子尺度晶界界面张力场计算方法，其特征在于，所述根据所述维里应力数据和预设的两组虚位移场，通过场映射方法计算得到所述目标晶界在所述预设应变场下的界面张力场，包括：通过如下公式计算得到所述目标晶界在所述预设应变场下的界面张力场，其中，虚应变场与虚位移场对应：∫
V
δε：σdv＝∫
S
δu：tds＝ΔΦ其中，δε为虚应变场，σ为柯西应力场，所述柯西应力场由所述维里应力数据构成，δu为虚位移场，t为界面张力场，V为由边界S包裹的区域，dv为面积微元，S为所述二维原子模型中所述目标晶界的边界，ds为边界微元，ΔΦ为总原子间势能变化，t
i
(x1)为横坐标值x1处的张力，k为波数，n为傅里叶项的总项数，为傅里叶系数，L为边界S的长度，i＝1、2，分别对应边界S的剪切方向和法向方向，横坐标方向为边界S的剪切方向。6.根据权利要求5所述的原子尺度晶界界面张力场计算方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：李睿智，金平，谢彬，谢鸿韬，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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