一种构建混合型位错分叉原子结构的方法技术

本发明专利技术公开了一种构建混合型位错分叉原子结构的方法。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，根据拟构建的混合型位错分叉原子结构各位错的Burgers矢量、位错线的方向和分叉位置的要求，利用C/C++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混合型位错分叉原子结构的晶体模型的原子坐标，然后按分子动力学软件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和组态的混合型位错分叉原子结构，为分子动力学及其它计算机仿真技术对混合型位错分叉原子结构及混合型位错间的反应行为的精准研究创造了有利条件。

【技术实现步骤摘要】
一种构建混合型位错分叉原子结构的方法
本专利技术涉及分子动力学仿真
，尤其涉及一种构建混合型位错分叉原子结构的方法。
技术介绍
晶体宏观上的塑性变形实质是位错在外力作用下运动的结果。晶体的生长、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（比如位错芯的研究），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分子动力学对位错行为更为精准的研究。本专利技术公开了一种构建混合型位错分叉原子结构的方法，解决了分子动力学及其它计算机仿真研究中直接构建混合型位错分叉原子结构的问题，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和组态的混合型位错分叉原子结构，而且可在一个晶体模型内创建多个不同位向和组态的混合型位错分叉原子结构。
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混合型位错分叉原子结构的方法，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，根据拟构建混合型位错分叉原子结构各位错的Burgers矢量、位错线的方向和分叉位置的要求，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混合型位错分叉原子结构的晶体模型的原子坐标，然后按分子动力学软件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：设拟构建的混合型位错分叉原子结构的分叉点P的坐标为(xpypzp)，三条位错的Burgers矢量分别为[u1v1w1]a、[u2v2w2]a和[u3v3w3]a，[u1v1w1]a+[u2v2w2]a=[u3v3w3]a，a为晶格常数，位错线的方向分别为[e1f1g1]、[e2f2w2]和[e3f3g3]。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(xpypzp)处。旋转坐标系，使x轴的正向与[u1v1w1]方向一致，y轴垂直于[u1v1w1]和[u3v3w3]，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在y和z方向的范围为以位错中心为圆心的直径为2r0的圆。为构建混合型位错分叉原子结构，晶体模型内的原子要进行相应的位移，本方法根据混合型位错分叉结构周围原子分布的特点，提出两步位移法，首先计算第一步位移，设原子在x方向的位移为q1，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：h1=v1w3-w1v3，k1=w1u3-u1w3，l1=u1v3-v1u3，z1=v1l1-w1k1，z2=w1h1-u1l1，z3=u1k1-v1h1，d1=a(u12+v12+w12)1/2，b1=(e1z1+f1z2+g1z3)(u12+v12+w12)1/2/((e1u1+f1v1+g1w1)(z12+z22+z32)1/2)，b3=(e3z1+f3z2+g3z3)(u12+v12+w12)1/2/((e3u1+f3v1+g3w1)(z12+z22+z32)1/2)，当x≤0时，z’=z-b1x，当x>0时，z’=z-b3x，r=(y2+z’2)1/2;当r=0时，θ=0，当r≠0且y≥0时，θ=acos(z’/r)，当r≠0且y<0时，θ=π+asin(-z’/r)，当r≤r0时，q1=d1θ(r/r0)/(2π)，当r>r0时，q1=d1θ/(2π)。步骤四：根据上面计算得到的每个原子的位移值q1，计算晶体模型内所有原子位移后的坐标值。步骤五：旋转坐标系，使x轴的正向与[u2v2w2]方向一致，y轴垂直于[u2v2w2]和[u3v3w3]，z轴由x轴和y轴的矢量叉乘运算得到，计算晶体模型内所有原子在新坐标系中的坐标值。步骤六：计算第二步位移，设在新坐标系中原子在x方向的位移为q2，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：h2=v2w3-w2v3，k2=w2u3-u2w3，l2=u2v3-v2u3，z1=v2l2-w2k2，z2=w2h2-u2l2，z3=u2k2-v2h2，d2=a(u22+v22+w22)1/2，b2=(e2z1+f2z2+g2z3)(u22+v22+w22)1/2/((e2u2+f2v2+g2w2)(z12+z22+z32)1/2)，b3=(e3z1+f3z2+g3z3)(u22+v22+w22)1/2/((e3u2+f3v2+g3w2)(z12+z22+z32)1/2)，当x≤0时，z’=z-b2x，当x>0时，z’=z-b3x，r=(y2+z’2)1/2;当r=0时，θ=0，当r≠0且y≥0时，θ=acos(z’/r)，当r≠0且y<0时，θ=π+asin(-z’/r)，当r≤r0时，q2=d2θ(r/r0)/(2π)，当r>r0时，q2=d2θ/(2π)。步骤七：根据上面计算得到的每个原子的位移值q2，计算晶体模型内所有原子位移后的坐标值，由此构建出在指定位置分叉的位向和组态符合要求的混合型位错分叉原子结构。步骤八：按照步骤二和步骤五的逆向移动坐标系，使坐标系恢复成原来的位向。步骤九：按分子动力学软件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构建混合型位错分叉原子结构的方法的主要内容。本专利技术所公开的构建混合型位错分叉原子结构的方法，可方便快捷地在晶体内部指定位置直接构建指定方位和组态的混合型位错分叉原子结构，而且可在一个晶体内直接创建多个不同位向和组态的混合型位错分叉原子结构，有利于分子动力学及其它计算机仿真技术更为精准地对混合型位错分叉原子结构及混合型位错间的反应行为进行研究。附图说明图1是本专利技术实施实例中创建的不含混合型位错分叉原子结构的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混合型位错分叉原子结构的Ovito软件显示的位错识别图，箭头指示出各位错的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：本实例公开了一种混合型位错分叉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超胞内构建分叉点在超胞的中心、三条位错的Burgers矢量分别为[001]a、[110]a和[111]a、位错线的方向分别为[-1-13]、[44-1]和[112]的混合型位错分叉原子结构，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轴沿着晶向[001]，y轴垂直于晶向[001]和[111本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种构建混合型位错分叉原子结构的方法，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，根据拟构建混合型位错分叉原子结构各位错的Burgers矢量、位错线的方向和分叉位置的要求，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混合型位错分叉原子结构的晶体模型的原子坐标，然后按分子动力学软件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，设拟构建的混合型位错分叉原子结构的分叉点P的坐标为(xp yp zp)，三条位错的Burgers矢量分别为[u1v1w1]a、[u2v2w2]a和[u3v3w3]a，[u1v1w1]a + [u2v2w2]a = [u3v3w3]a，a为晶格常数，位错线的方向分别为[e1f1g1]、[e2f2w2]和[e3f3g3]，将坐标系原点移动到分叉点，旋转坐标系，使x轴的正向与[u1v1w1]方向一致，y轴垂直于[u1v1w1]和[u3v3w3]，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在y和z方向的范围为以位错中心为圆心的直径为2r0的圆；为构建混合型位错分叉原子结构，晶体模型内的原子要进行相应的位移，本方法根据混合型位错分叉结构周围原子分布的特点，提出两步位移法，首先计算第一步位移，设原子在x方向的位移为q1，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：h1=v1 w3 ‑ w1 v3，k1=w1 u3 ‑ u1 w3，l1=u1 v3 ‑ v1 u3，z1=v1 l1 ‑ w1 k1，z2=w1 h1 ‑ u1 l1，z3=u1 k1 ‑ v1 h1，d1=a (u12+v12+w12)1/2，b1=(e1 z1+f1 z2+g1 z3) (u12+v12+w12)1/2/((e1 u1+f1 v1+g1 w1) (z12+z22+z32)1/2)，b3=(e3 z1+f3 z2+g3 z3) (u12+v12+w12)1/2/((e3 u1+f3 v1+g3 w1) (z12+z22+z32)1/2)，当x≤0时，z’= z ‑ b1 x，当x>0时，z’= z ‑ b3 x，r= (y2+z’2)1/2;当r=0时，θ= 0，当r≠0且y≥0时，θ= acos(z’/r)，当r≠0且y...

【技术特征摘要】
1.一种构建混合型位错分叉原子结构的方法，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，根据拟构建混合型位错分叉原子结构各位错的Burgers矢量、位错线的方向和分叉位置的要求，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混合型位错分叉原子结构的晶体模型的原子坐标，然后按分子动力学软件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，设拟构建的混合型位错分叉原子结构的分叉点P的坐标为(xpypzp)，三条位错的Burgers矢量分别为[u1v1w1]a、[u2v2w2]a和[u3v3w3]a，[u1v1w1]a+[u2v2w2]a=[u3v3w3]a，a为晶格常数，位错线的方向分别为[e1f1g1]、[e2f2w2]和[e3f3g3]，将坐标系原点移动到分叉点，旋转坐标系，使x轴的正向与[u1v1w1]方向一致，y轴垂直于[u1v1w1]和[u3v3w3]，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在y和z方向的范围为以位错中心为圆心的直径为2r0的圆；为构建混合型位错分叉原子结构，晶体模型内的原子要进行相应的位移，本方法根据混合型位错分叉结构周围原子分布的特点，提出两步位移法，首先计算第一步位移，设原子在x方向的位移为q1，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：h1=v1w3-w1v3，k1=w1u3-u1w3，l1=u1v3-v1u3，z1=v1l1-w1k1，z2=w1h1-u1l1，z3=u1k1-v1h1，d1=a(u12+v12+w12)1/2，b1=(e1z1+f1z2+g1z3)(u12+v12+w12)1/2/((e1u1+f1v1+g1w1)(z12+z22+z32)1/2)，b3=(e3z1+f3z2+g3z3)(u12+v12+w12)1/2/((e3u1+f3v1+g3w1)(z12+z22+z32)1/...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕柏林，
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