System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种分子动力学模拟法计算旋转摩擦合金摩擦系数的方法技术_技高网

一种分子动力学模拟法计算旋转摩擦合金摩擦系数的方法技术

技术编号:44124668 阅读:14 留言:0更新日期:2025-01-24 22:44
本发明专利技术公开了一种分子动力学模拟法计算旋转摩擦合金摩擦系数的方法,包括:建立金刚石磨球和TiC/Ni复合材料基体模型;对模型结构使用共轭梯度能量最小化进行结构优化,得到能量稳定的初始模型,在等温等压(NVT)系综下进行弛豫,得到能量稳定模型;在微正则(NVE)系综下给金刚石磨球施加固定载荷,以Z轴为轴线进行周期性旋转摩擦;计算基体对金刚石磨球的反作用力,输出X、Y和Z各方向的作用力;合并X和Y方向的作用力,得到摩擦力,结合Z轴法向力计算摩擦系数。本发明专利技术构建了金刚石磨球重复旋转摩擦镍基复合材料模型,更符合真实工况下材料的摩擦磨损,所计算得到的摩擦系数更为准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分子动力学计算领域,涉及但不限定于一种分子动力学模拟法计算旋转摩擦合金摩擦系数的方法


技术介绍

1、镍基复合材料具有良好的高温强度、抗热疲劳、抗氧化和抗热腐蚀性能,是用于制造航空、舰船以及工业燃气涡轮发动机中重要受热部件的新型复合材料。特别是掺杂了碳化物相的镍基复合材料,它将陶瓷材料与镍基材料诸多优异的特性集于一体。其中镍基碳化钛复合材料主要应用在加工性能和力学性能要求较高的高温部件中,在不损害镍基材料良好性能的同时,兼备陶瓷材料质量小、耐高温、高硬度和耐腐蚀性等特点,对工业材料的发展具有重要的意义。然而,镍基碳化钛复合材料在实际服役条件下经常因为发生磨损而失效,且碳化物对镍基金属材料的强化机理不明。所以,深入研究镍基复合材料的摩擦磨损行为具有十分重要的科学价值。

2、因此,分子动力学模拟已成为原子尺度揭示了镍基复合材料摩擦磨损中的各种摩擦磨损行为的有力工具,为微观研究颗粒增强体对基体的作用奠定了广泛的基础。


技术实现思路

1、有鉴于此,本专利技术实施例提供一种分子动力学模拟法计算旋转摩擦合金摩擦系数的方法。

2、本专利技术实施例的技术方案如下:

3、本专利技术实施例提供一种分子动力学模拟法计算旋转摩擦合金摩擦系数的方法,所述方法包括:

4、建立金刚石磨球和tic/ni复合材料基体模型;对模型结构使用共轭梯度能量最小化进行结构优化,得到能量稳定的初始模型,在nvt系综下进行弛豫,得到能量稳定模型;在nve系综下给金刚石磨球施加固定载荷,以z轴为轴线进行周期性旋转摩擦;计算基体对金刚石磨球的反作用力,输出x、y和z各方向的作用力;合并x和y方向的作用力得到摩擦力,结合z轴法向力计算摩擦系数。

5、进一步地,所述建立金刚石磨球和tic/ni复合材料基体模型,包括:利用lammps软件建立单晶基体,该单晶基体结构为面心立方结构,ni的晶格常数为基体尺寸为包括2184288个原子,再通过替换ni原子,建立tic/ni复合材料模型;金刚石磨球半径为包括20112个原子。

6、进一步地,所述对模型结构使用共轭梯度能量最小化进行结构优化,得到能量稳定的初始模型,在nvt系综下进行弛豫,得到能量稳定模型,包括:设定基体自上而下分别为牛顿层、恒温层和固定层,恒温层和固定层的厚度为对基体模型进行多种参数设定,包括设置x、y方向为周期性边界条件,z方向为自由边界条件,设定时间步长为1飞秒(fs),设定模拟温度为300k,采用meam/c、eam、morse势函数描述原子间的作用力,设定固定层原子不动,设定恒温层原子始终保持300k;对基体模型进行共轭梯度能量最小化进行结构优化,得到能量稳定的初始模型;将优化后初始模型通过nvt系综将合金加热至300k,且在该温度保持一段时间,待总能量稳定时获得所述能量稳定模型。

7、进一步地,所述在nve系综下给金刚石磨球施加固定载荷,以z轴为轴线进行周期性旋转摩擦,包括:采用displace_atom命令使金刚石磨球快速沿z向移动将金刚石磨球移动至基体表面;采用fix nve/noforce命令对金刚石磨球钢化处理,fix aveforce命令对金刚石磨球z向施加60nn的固定载荷;采用fix store/state命令提取金刚石磨球x和y方向的初始坐标信息,采用variable命令计算摩擦半径和初始角度,variable命令设定线速度;结合初始参数,采用variable命令计算x和y向上的位移;使用fix move variable命令使金刚石磨球周期性旋转运动。

8、进一步地,所述计算基体对金刚石磨球的反作用力,输出x、y和z各方向的作用力,包括:在摩擦过程中采用computer命令计算金刚石磨球与基体原子间x、y和z向的作用力,采用thermo命令控制输出频率,每500步输出一次,采用thermo_style自定义输出方式,输出模拟步数、系统温度和作用力,且保存在log文件中;采用dump命令每500步输出.lammpstrj文件,获取金刚石磨球摩擦过程中的位置参数。

9、进一步地,所述方法还包括:针对每个时间段的金刚石磨球原子坐标信息通过ovito软件导出为单个data文件,通过python计算每一个data文件中原子的圆心坐标,确定金刚石磨球的运动轨迹,绘制金刚石磨球运动轨迹图。

10、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:

11、在本专利技术实施例中,构建了金刚石磨球重复旋转摩擦镍基复合材料模型,更符合真实工况下材料的摩擦磨损,所计算得到的摩擦系数更为准确。

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【技术保护点】

1.一种分子动力学模拟法计算旋转摩擦合金摩擦系数的方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述建立金刚石磨球和TiC/Ni复合材料基体模型,包括:

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对模型结构使用共轭梯度能量最小化进行结构优化,得到能量稳定的初始模型,在NVT系综下进行弛豫,得到能量稳定模型,包括:

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在NVE系综下给金刚石磨球施加固定载荷,以Z轴为轴线进行周期性旋转摩擦,包括:

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述计算基体对金刚石磨球的反作用力,输出X、Y和Z各方向的作用力,包括:

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

【技术特征摘要】

1.一种分子动力学模拟法计算旋转摩擦合金摩擦系数的方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述建立金刚石磨球和tic/ni复合材料基体模型,包括:

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对模型结构使用共轭梯度能量最小化进行结构优化,得到能量稳定的初始模型,在nvt系综下进行弛豫,得到能量稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员:曲定峰朱宗孝郑敏陈卫华宋波魏兴春雷春丽
申请(专利权)人:兰州理工大学
类型:发明
国别省市:

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