一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法技术

本发明专利技术涉及一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法，该方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法


[0001]本专利技术涉及材料微观建模
，尤其涉及一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法。

技术介绍

[0002]材料的微观结构决定着材料的性能，不同微观组分的比例与形态对材料的性能有着极大的影响，如铸铁材料的石墨等级与形态影响着其宏观力学性能。此外，在加工制备过程中，材料的微观组织中不可避免地会产生偏析、夹杂等微观缺陷，这些缺陷也会对材料的性能造成一定的影响。因此，建立具有更加精准微观结构的几何模型是开展材料性能仿真计算的重要前提。
[0003]分子动力学是一种在微观尺度上采用牛顿力学理论开展系统性质研究的模拟方法，适用于金属、陶瓷、复合材料、有机物等材料体系。目前，该方法已在性能预测方面具有较为成熟的应用。以往的分子动力学模拟计算大多是以构造材料理想微观结构为基础的研究，而忽略了材料真实的微观结构，往往影响最终预测结果的准确性。
[0004]图像处理技术的发展将从实验手段获取的材料微观组织的图片转变为计算机数值几何模型成为了可能。专利CN201410279062.0中提出了一种基于材料真实微观组织结构的有限元建模方法，该方法通过对SEM扫描图片进行各种数字图像技术处理，并经过由位图到矢量图的转化，可以将真实微观结构映射到二维有限元模型中。目前，尚无利用图像处理技术将材料微观组织的图片转变为分子动力学几何模型的相关报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种简单、快速、易于实现的基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所述的一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法，包括以下步骤：
⑴
获取材料真实微观结构的照片；
⑵
利用图像处理技术将步骤
⑴
的照片转化为二值图像；
⑶
将所述二值图像转化为掩码文件；
⑷
在分子动力学软件中建立步骤
⑶
的二值图像主体成分的单一微观结构分子动力学几何模型；
⑸
将步骤
⑷
中的几何模型进行蒙版处理，得到考虑材料真实微观结构的几何模型；
⑹
将步骤
⑸
中得到的几何模型导入到可视化软件中进行可视化处理，并与二值图像中的灰度图像进行对比，验证几何模型的准确性。
[0007]所述步骤
⑴
中的照片为通过实验手段获取的具有材料真实微观组织的照片。
[0008]所述照片的格式为JPEG、BMP、PCX、TIFF、PNG、GIF、HDF、ICO、CUR、XWD、RAS、PBM、
PGM、PPM中的一种。
[0009]所述步骤
⑵
中图像处理技术所用图像处理软件为Matlab、Adobe Photoshop、ImageJ中的一种。
[0010]所述步骤
⑶
中二值图像转化为掩码文件是指将二值图像中每个像素点转变为数字；其中二值图像中所占面积较多颜色对应的区域设定为数字“0”；二值图像中所占面积较少颜色对应的区域设定为数字“1”，并将设定后的数字保存在掩码文件中。
[0011]所述二值图像中所占面积较多颜色对应的区域为步骤
⑴
照片中材料主体成分所占的面积。
[0012]所述二值图像中所占面积较少颜色对应的区域为步骤
⑴
照片中材料非主体成分所占的面积。
[0013]所述步骤
⑶
中掩码文件为txt格式的文档。
[0014]所述步骤
⑸
中考虑材料真实微观结构的几何模型按下述方法建立：在分子动力学软件中运用蒙版命令将步骤
⑶
生成的掩码文件中数字“1”的区域对步骤
⑷
建立的几何模型进行遮挡，并利用步骤
⑴
照片中非主体成分的微观组织结构替代被遮挡部分的微观组织结构即得。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术通过获取材料真实微观结构的照片，利用图像处理技术将照片转化为二值图像并生成相应的掩码文件，在建立照片中主体成分的微观结构分子动力学几何模型基础上，利用掩码文件进行蒙版处理，将照片中非主体成分的微观组织结构替代被遮挡部分的微观组织结构，最终得到考虑材料真实微观结构的分子动力学几何模型。
[0016]2、本专利技术构造了具有材料真实微观结构的分子动力学几何模型，解决了因忽略材料非主要微观结构导致材料性能预测精度低的问题，可在微观层面上进一步提高材料性能仿真的精度。
[0017]3、本专利技术方法简单、快速、易于实现，适用于可通过实验手段获取微观几何结构的材料。
附图说明
[0018]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0019]图1为本专利技术铁碳合金照片的灰度图像。
[0020]图2为本专利技术铁碳合金照片的二值图像。
[0021]图3为本专利技术掩码文件的局部图。
[0022]图4为本专利技术超胞铁的分子动力学几何模型。
[0023]图5为本专利技术考虑铁碳合金真实微观结构的分子动力学几何模型。
具体实施方式
[0024]一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法，包括以下步骤：
⑴
获取材料真实微观结构的照片，该照片是通过实验手段获取的具有材料真实微观组织的照片。照片的格式为JPEG、BMP、PCX、TIFF、PNG、GIF、HDF、ICO、CUR、XWD、RAS、PBM、PGM、PPM中的一种，优选JPEG或BMP。
[0025]实验手段为通过光学显微镜、扫描电子显微镜、投射电子显微镜、能谱仪等实验设备拍取材料微观组分图像，优选光学显微镜或扫描电子显微镜。
[0026]⑵
利用图像处理技术将步骤
⑴
的照片转化为二值图像。
[0027]图像处理技术是在图像处理软件用创建灰度图像、图像增强、提取阈值、创建二值图像、二值图像的优化等图像处理手段。图像处理软件为Matlab、Adobe Photoshop、ImageJ中的一种，优选Matlab。
[0028]创建灰度图像为利用灰度图像创建方法将步骤
⑴
中的照片转变为灰度图像。灰度图像具体的创建方法是将步骤
⑴
中照片的每个彩色像素点的红、绿、蓝三种不同基色对应的R、G、B值转变为灰度值Y。步骤
⑴
的照片可利用公式（1）创建灰度图像。
[0029]Y=0.299R+0.578G+0.144B
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(1)图像增强为利用图像增强手段消除因拍摄等原因在图片上产生的各种噪声干扰，提高图像可懂度。图像增强手段包括滤波降噪、边缘增强、锐化处理、提高对比度、增加亮度、改善颜色效果等方法，优选滤波降噪。
[0030]提取阈值为利用阈值提取方法获取灰度图像的灰度阈值的过程。灰度阈值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法，包括以下步骤：
⑴
获取材料真实微观结构的照片；
⑵
利用图像处理技术将步骤
⑴
的照片转化为二值图像；
⑶
将所述二值图像转化为掩码文件；
⑷
在分子动力学软件中建立步骤
⑶
的二值图像主体成分的单一微观结构分子动力学几何模型；
⑸
将步骤
⑷
中的几何模型进行蒙版处理，得到考虑材料真实微观结构的几何模型；
⑹
将步骤
⑸
中得到的几何模型导入到可视化软件中进行可视化处理，并与二值图像中的灰度图像进行对比，验证几何模型的准确性。2.如权利要求1所述的一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法，其特征在于：所述步骤
⑴
中的照片为通过实验手段获取的具有材料真实微观组织的照片。3.如权利要求2所述的一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法，其特征在于：所述照片的格式为JPEG、BMP、PCX、TIFF、PNG、GIF、HDF、ICO、CUR、XWD、RAS、PBM、PGM、PPM中的一种。4.如权利要求1所述的一种基于材料真实微观结构的分子动力学建模方法，其特征在于：所述步骤
⑵
中图像处理技术所用图像处理软件为Matlab、Adobe Photoshop...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔竹辉，李彤阳，王鲁杰，汤华国，于源，
申请(专利权)人：烟台先进材料与绿色制造山东省实验室烟台中科先进材料与绿色化工产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：