一种构建镁位错的分子动力学方法技术

本发明专利技术适用于分子动力学仿真技术领域，提供了一种构建镁位错的分子动力学方法，所述位错为<c+a>位错，所述方法包括以下步骤：步骤1、分子动力学仿真模型的建立；步骤2、对步骤1输出的data文件使用Lammps处理：步骤2.1、势函数的选取；步骤2.2、边界条件选取；步骤2.3、系统弛豫；步骤3、输出data文件，并使用Ovito进行可视化和模型处理。该方法可以快捷的在晶体内部构建任何方向任何位置的各种复杂的位错，位错构建准确，为研究镁合金塑性节约了大量的时间，对于镁合金塑性分子动力学研究的实际应用具有切实的意义。具有切实的意义。具有切实的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种构建镁位错的分子动力学方法


[0001]本专利技术属于分子动力学仿真
，尤其涉及构建镁位错的分子动力学方法。

技术介绍

[0002]自从19世纪纯镁被发现以来，镁已有大量的应用融入我们的生活，镁更是被称为“21世纪绿色工程材料”。汽车轻量化也越来越受重视，镁合金能够在汽车零件中得到很好的应用，对减轻汽车重量，更好的利用能源有很大的帮助。当然镁合金的不足也十分明显，镁合金强度偏低，在高温下力学性能较差，室温塑性较差，耐腐蚀性差，这些都是影响镁合金广泛应用的原因。
[0003]基于Von Mises准则，镁想要拥有良好的塑性每个晶粒必须有5个独立的滑移系，可是镁只能提供4个独立的滑移系。HCP金属中基面滑移和柱面滑移是最常见的两个滑移系，可以提供四个滑移系，当<c+a>位错的滑移系启动时,可以独自提供5个独立的滑移系来满足Von Mises法则。针对<c+a>位错的构建，主要是通过Lammps软件删除半原子面的方式来构建位错，或者是通过复杂编程语言的方式来构建。以上这些方法主要有位错形成不够精准，没法构建复杂的位错结构。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种构建镁位错的分子动力学方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]本专利技术实施例是这样实现的，一种构建镁位错的分子动力学方法，所述位错为镁中的<c+a>位错，包括以下步骤：
[0006]步骤1、分子动力学仿真模型的建立：
[0007]使用Atomsk建立单晶镁模型，分别以晶向[1，1，
‑
2，0]、[1，0，
‑
1，0]和[0，0，0，1]为x、y及z三个坐标轴方向，利用反三角函数的计算方法计算出初始模型所需要旋转的角度，然后通过Atomsk中的命令将初始模型转到<c+a>位错所在的滑移面以及方向上，(对于(10
‑
11)<c+a>位错我们对初始模型进行两次旋转，第一次沿[1 1
ꢀ‑
2 0]方向旋转θ1(θ1是(10
‑
11)面与(10
‑
10)面的夹角，θ1＝28.06970482
°
)将模型旋转到(1 0
ꢀ‑
1 1)面上，然后沿[0 0 0 1]方向旋转θ2(θ2是(10
‑
10)面与[11
‑
23]方向的夹角，θ2＝15.19848206
°
)将模型旋转到<c+a>方向。对于(11
‑
22)<c+a>位错我们对初始模型进行一次旋转，沿[1 0
ꢀ‑
1 0]方向旋转θ(θ是[11
‑
23]方向与[0001]方向的夹角，θ＝31.62344340
°
)直接将模型旋转到(11
‑
22)面的<c+a>方向)然后使用弹性模量文件和Atomsk中的dislocation命令直接插入<c+a>位错，并输出data文件；
[0008]密排六方晶系有五个独立的矩阵元(C11、C12、C13、C33、C44)。
[0009]Mg的弹性模量如下：
[0010][0011]Atomsk插入位错是利用J.P.Hirth and J.Lothe在Theory of dislocations中所提出的理论：
[0012][0013]b
e
＝ξ
×
(b
×
ξ)b
s
＝(b
·
ξ)ξ
[0014]步骤2、对步骤1输出的data文件使用Lammps处理：
[0015]步骤2.1、势函数的选取：
[0016]势函数类型采用MEAM(改进嵌入原子势函数)，因其可以精确地反映金属材料微观粒子之间的相互作用，能够精准插入<c+a>位错。
[0017]步骤2.2、边界条件选取：
[0018]在拉伸方向选取包覆式边界条件，即边界会随模型尺寸变化而变化，始终包裹住模型内的原子；
[0019]步骤2.3、系统弛豫：选择微正则系综(NVE)进行平衡约束，利用共轭梯度法来进行能量最小化，温度选择300K，然后弛豫以使系统初始模型达到平衡状态。
[0020]步骤3、输出data文件，并使用Ovito进行可视化和模型处理。
[0021]进一步的技术方案，所述步骤1中构建的模型尺寸为100nm
×
170nm
×
160nm，共108000个原子。
[0022]进一步的技术方案，在所述步骤1中，分别构建两个模型，对应(10
‑
11)和(11
‑
22)两个锥面。
[0023]本专利技术实施例提供的一种构建镁位错的分子动力学方法，该方法可以快捷的在晶体内部构建任何方向任何位置的各种复杂的位错，位错构建准确，为研究镁合金塑性节约了大量的时间，对于镁合金塑性分子动力学研究的实际应用具有切实的意义。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例提供的一种构建镁位错的分子动力学方法的模型构建流程图；
[0025]图2为本专利技术实施例提供的一种构建镁位错的分子动力学方法中的一种Hcp结构以及相应的角度计算图；
[0026]图3为本专利技术实施例提供的一种构建镁位错的分子动力学方法中的另一种Hcp结构以及相应的角度计算图。
[0027]图4为本专利技术实施例提供的所构建出的弛豫前以及用Lammps弛豫后的(10
‑
11)螺位错图。
[0028]图5为本专利技术实施例提供的所构建出的弛豫前以及用Lammps弛豫后的(11
‑
22)刃位错图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。
[0031]如图1
‑
3所示，为本专利技术一个实施例提供的一种构建镁位错的分子动力学方法，所述位错为镁中的<c+a>位错，包括以下步骤：
[0032]步骤1、分子动力学仿真模型的建立：
[0033]使用Atomsk建立单晶镁模型，分别以晶向[1，1，
‑
2，0]、[1，0，
‑
1，0]和[0，0，0，1]为x、y及z三个坐标轴方向。模型尺寸为100nm
×
170nm...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构建镁位错的分子动力学方法，其特征在于，所述位错为镁中的<c+a>位错，所述方法包括以下步骤：步骤1、分子动力学仿真模型的建立：使用Atomsk建立单晶镁模型，分别以晶向[1，1，
‑
2，0]、[1，0，
‑
1，0]和[0，0，0，1]为x、y及z三个坐标轴方向，利用反三角函数的计算方法计算出初始模型所需要旋转的角度，然后通过Atomsk中的rotate命令将初始模型转到<c+a>位错所在的滑移面以及方向上，然后使用弹性模量文件和Atomsk中的dislocation命令直接插入<c+a>位错，并输出data文件；密排六方晶系有五个独立的矩阵元：C11、C12、C13、C33和C44；Mg的弹性模量如下：Atomsk插入位错是基于Theory of dislocations中提出的理论：b
e
＝ξ
×
(b
×
ξ)b
s
＝(b
·
ξ)ξ；步骤2、对步骤1输出的data文件使用Lammps处理：步骤2.1、势函数的选取：采用改进嵌入原子势函数作为势函数的类型，从而精准地插入<c+a>位错；步骤2.2、边界条件选取：在拉伸方向选取包覆式边界条件，即边界会随模型尺寸变化而变化，始终包裹住模型内的原子；步骤2.3、系统弛豫：选择微正则系综进行平衡约束，利用共轭梯度法来进行能量最小化，温度选择300K，然后弛豫以使系统初始模型达到平衡状态；步骤3、输出data文件，并使用Ovito进行可视化和模型处理。2.根据权利要求1所述的构建镁位错的分子动力学方法，其特征在于，所述步骤1中构建的模...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永福，黄安，周铄，郭围疆，朱玉龙，潘琦，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：