解析金属材料微观位错密度分布的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了解析金属材料微观位错密度分布的方法及装置，其基于金属晶体的塑性畸变量，其不仅适用于所有金属晶体材料，并且无需考虑金属晶体材料中是否存在其它微缺陷结构，并且还能够直接解析出金属晶体材料所有原子的位错密度张量，从而有效地避免人为因素或者环境因素影响原子位错密度张量的计算可靠性以及降低原子位错密度张量的计算成本。

【技术实现步骤摘要】
解析金属材料微观位错密度分布的方法及装置
本专利技术涉及金属材料微观结构分析的
，特别涉及解析金属材料微观位错密度分布的方法及装置。
技术介绍
金属中位错性质的合理描述和精确表征是构建基于金属塑性变形机理的本构模型的基本前提。传统本构模型采用的位错密度仅简单描述了位错线的长度，不能有效表征位错在金属内部造成的晶格畸变。晶体中Burgers矢量通过Burgers回路方法定义，晶格结构本身限定了Burgers矢量的类型。连续介质力学中Burgers矢量是非协调平移变形的表征量，理论上可以是任意大小和取向，非协调变形理论指出完整表征位错特性的物理量是位错密度张量。当前有许多方法首先采用微缺陷识别算法有效区分出位错原子并计算相应位错段的Burgers矢量，然后通过位错段和Burgers矢量做并矢构造位错密度分布，但是这类方法得到的并非理论上要求的原子位错密度。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供解析金属材料微观位错密度分布的方法及装置，其通过获取金属晶体中存在的所有塑性畸变信息，并对该塑性畸变信息进行分类处理，从而构造得到关于该金属晶体的最小特征畸变量集合，并根据该最小特征畸变量集合，生成关于该金属晶体的特征畸变矢量模板，再将目标金属材料的实际晶格点阵结构信息与该特征畸变矢量模板进行比对，并根据该比对的结果，确定该目标金属材料对应的原子位错密度张量；可见，该解析金属材料微观位错密度分布的方法及装置基于金属晶体的塑性畸变量，其不仅适用于所有金属晶体材料，并且无需考虑金属晶体材料中是否存在微缺陷结构，并且还能够直接解析出金属晶体材料所有原子的位错密度张量，从而有效地避免人为因素或者环境因素影响原子位错密度张量的计算可靠性以及降低原子位错密度张量的计算成本。本专利技术提供解析金属材料微观位错密度分布的方法，其特征在于，其包括如下步骤：步骤S1，获取金属晶体中存在的所有塑性畸变信息，并对所述塑性畸变信息进行分类处理，从而构造得到关于所述金属晶体的最小特征畸变量集合；步骤S2，根据所述最小特征畸变量集合，生成关于所述金属晶体的特征畸变矢量模板；步骤S3，将目标金属材料的实际晶格点阵结构信息与所述特征畸变矢量模板进行比对，并根据所述比对的结果，确定所述目标金属材料对应的原子位错密度张量；进一步，在所述步骤S1中，获取金属晶体中存在的所有塑性畸变信息，并对所述塑性畸变信息进行分类处理，从而构造得到关于所述金属晶体的最小特征畸变量集合具体包括：步骤S101，基于完整金属晶体的点阵结构，对其所有几何上能够发生的塑性畸变形态进行全分类，以此获得所述金属晶体中存在的所有塑性畸变信息；步骤S102，从所述所有塑性畸变信息中，确定每一项塑性畸变信息对应的塑性畸变大小和塑性畸变取向；步骤S103，根据所述塑性畸变大小和所述塑性畸变取向，对所述所有塑性畸变信息进行分类处理，从而构造得到关于所述金属晶体的最小特征畸变量集合；进一步，在所述步骤S101中，基于完整金属晶体的点阵结构，对其所有几何上能够发生的塑性畸变形态进行全分类，以此获得所述金属晶体中存在的所有塑性畸变信息具体包括：在对所述金属晶体的点阵结构进行对称性分析，找出所有可能的滑移变形方式，即确定所有结构上允许的滑移面和对应的滑移矢量，进而确定所述金属晶体中存在的所有塑性畸变信息；进一步，在所述步骤S103中，根据所述塑性畸变大小和所述塑性畸变取向，对所述所有塑性畸变信息进行分类处理，从而构造得到关于所述金属晶体的最小特征畸变量集合具体包括：步骤S1031，确定所述金属晶体的所有塑性变形的滑移面法向和滑移矢量，以此作为所述塑性畸变的大小和方向信息；步骤S1032，对所述所有塑性畸变信息进行分类处理，以此确定完备描述晶体所有塑性变形模式的最小特征畸变量集合；进一步，在所述步骤S2中，根据所述最小特征畸变量集合，生成关于所述金属晶体的特征畸变矢量模板具体包括：步骤S201，根据所述最小特征畸变量集合，定义如下公式(1)所示的特征畸变矢量模板函数M(xji)：在上述公式(1)中，i和j分别表示所述金属晶体的原子标号，xji表示从原子j到原子i之间的位移矢量，Rl和Rm表示FCC金属晶体中的两个不同的模板矢量，l和m分别为模板矢量标号、并且l＝1、2、3、…、36，m＝1、2、3、…、36，H()表示Heaviside函数，表示对l＝1、2、3、…、36对应的求和运算，∏表示求积运算；步骤S202，根据所述特征畸变矢量模板函数，生成所述金属晶体的特征畸变矢量模板；进一步，在所述步骤S3中，将目标金属材料的实际晶格点阵结构信息与所述特征畸变矢量模板进行比对，并根据所述比对的结果，确定所述目标金属材料对应的原子位错密度张量具体包括：步骤S301，对所述目标金属材料进行检测，以此获得所述目标金属材料的实际晶格点阵结构信息；步骤S302，从所述实际晶格点阵结构信息中，确定所述目标金属材料的原子i对应的三角形回路集合，再根据所述每个三角形回路，通过与所述特征畸变矢量模板进行比对确定原子i对应的Burgers矢量；步骤S303，根据Burgers公式构建关于所述原子i对应的位错密度目标函数，并根据所述位错密度目标函数，确定所述原子i对应的位错密度张量；进一步，在所述步骤301中，对所述目标金属材料进行检测，以此获得所述目标金属材料的实际晶格点阵结构信息具体包括：对所述目标金属材料进行电子显微成像检测，以此获得所述目标金属材料对应的金属原子空间分布信息，再根据所述金属原子空间分布信息，获得所述目标金属材料的实际晶格点阵结构信息；进一步，在所述步骤302中，从所述实际晶格点阵结构信息中，确定所述目标金属材料的原子i对应的三角形回路集合，再根据所述每个三角形回路，通过与所述特征畸变矢量模板进行比对确定原子i对应的Burgers矢量具体包括：步骤S3021，根据所述实际晶格点阵结构信息，从所述目标金属材料的原子i的邻近区域中选择若干邻近原子，并将所述原子i和若干所述邻近原子共同组成所述三角形回路；步骤S3022，对所述三角形区域构建如下面公式(2)所示的Burgers公式：在上述公式(2)中，C表示Burgers回路，∑表示三角形区域，表示三角形区域的边界，∮表示对Burgers回路进行积分运算，up表示塑性位移场，δup表示塑性位移场的微分，α表示位错密度张量，dS表示三角区域内的位错的面积微元，∫∫∑表示对三角区域进行积分运算，b表示Burgers矢量；步骤S3023，对所述公式(2)进行下面公式(3)的求解，从而所述原子i对应的Burgers矢量：在上述公式(3)中，m和n分别表示所述金属晶体的原子标号，xmn表示从原子m到原子n之间的位移矢量，M(xmn)表示位移矢量xmn的特征畸变矢量模板函数，Σkj,i表示原子k、原子j与原子i构成的三角形区域，表示三角形区域Σ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.解析金属材料微观位错密度分布的方法，其特征在于，其包括如下步骤：/n步骤S1，获取金属晶体中存在的所有塑性畸变信息，并对所述塑性畸变信息进行分类处理，从而构造得到关于所述金属晶体的最小特征畸变量集合；/n步骤S2，根据所述最小特征畸变量集合，生成关于所述金属晶体的特征畸变矢量模板；/n步骤S3，将目标金属材料的实际晶格点阵结构信息与所述特征畸变矢量模板进行比对，并根据所述比对的结果，确定所述目标金属材料对应的原子位错密度张量。/n

【技术特征摘要】
1.解析金属材料微观位错密度分布的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤S1，获取金属晶体中存在的所有塑性畸变信息，并对所述塑性畸变信息进行分类处理，从而构造得到关于所述金属晶体的最小特征畸变量集合；
步骤S2，根据所述最小特征畸变量集合，生成关于所述金属晶体的特征畸变矢量模板；
步骤S3，将目标金属材料的实际晶格点阵结构信息与所述特征畸变矢量模板进行比对，并根据所述比对的结果，确定所述目标金属材料对应的原子位错密度张量。


2.如权利要求1所述的解析金属材料微观位错密度分布的方法，其特征在于：
在所述步骤S1中，获取金属晶体中存在的所有塑性畸变信息，并对所述塑性畸变信息进行分类处理，从而构造得到关于所述金属晶体的最小特征畸变量集合具体包括：
步骤S101，基于完整金属晶体的点阵结构，对其所有几何上能够发生的塑性畸变形态进行全分类，以此获得所述金属晶体中存在的所有塑性畸变信息；
步骤S102，从所述所有塑性畸变信息中，确定每一项塑性畸变信息对应的塑性畸变大小和塑性畸变取向；
步骤S103，根据所述塑性畸变大小和所述塑性畸变取向，对所述所有塑性畸变信息进行分类处理，从而构造得到关于所述金属晶体的最小特征畸变量集合。


3.如权利要求2所述的解析金属材料微观位错密度分布的方法，其特征在于：
在所述步骤S101中，基于完整金属晶体的点阵结构，对其所有几何上能够发生的塑性畸变形态进行全分类，以此获得所述金属晶体中存在的所有塑性畸变信息具体包括：
在对所述金属晶体的点阵结构进行对称性分析，找出所有可能的滑移变形方式，即确定所有结构上允许的滑移面和对应的滑移矢量，进而确定所述金属晶体中存在的所有塑性畸变信息。


4.如权利要求2所述的解析金属材料微观位错密度分布的方法，其特征在于：
在所述步骤S103中，根据所述塑性畸变大小和所述塑性畸变取向，对所述所有塑性畸变信息进行分类处理，从而构造得到关于所述金属晶体的最小特征畸变量集合具体包括：
步骤S1031，确定所述金属晶体的所有塑性变形的滑移面法向和滑移矢量，以此作为所述塑性畸变的大小和方向信息；
步骤S1032，对所述所有塑性畸变信息进行分类处理，以此确定完备描述晶体所有塑性变形模式的最小特征畸变量集合。


5.如权利要求1所述的解析金属材料微观位错密度分布的方法，其特征在于：
在所述步骤S2中，根据所述最小特征畸变量集合，生成关于所述金属晶体的特征畸变矢量模板具体包括：
步骤S201，根据所述最小特征畸变量集合，定义如下公式(1)所示的特征畸变矢量模板函数M(xji)：



在上述公式(1)中，i和j分别表示所述金属晶体的原子标号，xji表示从原子j到原子i之间的位移矢量，Rl和Rm表示FCC金属晶体中的两个不同的模板矢量，l和m分别为模板矢量标号、并且l＝1、2、3、…、36，m＝1、2、3、…、36，H()表示Heaviside函数，表示对l＝1、2、3、…、36对应的求和运算，∏表示求积运算；
步骤S202，根据所述特征畸变矢量模板函数，生成所述金属晶体的特征畸变矢量模板。


6.如权利要求1所述的解析金属材料微观位错密度分布的方法，其特征在于：
在所述步骤S3中，将目标金属材料的实际晶格点阵结构信息与所述特征畸变矢量模板进行比对，并根据所述比对的结果，确定所述目标金属材料对应的原子位错密度张量具体包括：
步骤S301，对所述目标金属材料进行检测，以此获得所述目标金属材料的实际晶格点阵结构信息；
步骤S302，从所述实际晶格点阵结构信息中，确定所述目标金属材料的原子i对应的三角形回路集合，再根据所述每个三角形回路，通过与所述特征畸变矢量模板进行比对确定原子i对应的Burgers矢量；
步骤S303，根据Burgers公式构建关于所述原子i对应的位错密度目标函数，并根据所述位错密度目标函数，确定所述原子i对应的位错密度张量。


7.如权利要求6所述的解析金属材料微观位错密度分布的方法，其特征在于：
在所述步骤301中，对所述目标金属材料进行检测，以此获得所述目标金属材料的实际晶格点阵结构信息具体包括：
对所述目标金属材料进行电子显微成像检测，以此获得所述目标金...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢果，
申请(专利权)人：北京应用物理与计算数学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11