【技术实现步骤摘要】
一种基于分子动力学模拟的纳米材料力学性能分析方法
[0001]本专利技术属于金属材料和分子模拟
，具体涉及一种基于分子动力学模拟的纳米材料力学性能分析方法。
技术介绍
[0002]纳米晶材料由于晶粒尺寸小、晶界体积分数高等结构特点，表现出高强度、高硬度等一系列优异的力学性能特征。但是，由于晶界区域变形困难和原子结合力较弱，纳米晶材料在极小晶粒尺寸下特别容易表现出软化行为并且塑性变差，这严重限制了此类材料的加工和应用。揭示纳米晶材料在极小晶粒尺寸下的变形机制以及探究此类材料的强化机理对开发超高强度/硬度纳米晶材料非常重要。
[0003]研究发现，添加溶质元素可以有效提高纳米晶材料的强度。但遗憾的是，目前实验手段难以精确测量晶内和晶界区域溶质分布，且很难准确分离晶内和晶界在纳米晶变形过程中的作用和贡献，因此单纯依靠实验难以深刻揭示纳米晶材料的软化和强化机理。分子动力学模拟是一种原子尺度的电脑模拟手段，可以动态观测材料组织演化过程和测量关键物理参量，在材料科学研究中具有非常重要的应用；尤其，分子动力学模拟已广泛应用到...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于分子动力学模拟的纳米材料力学性能分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、建立纯金属纳米多晶晶胞模型；步骤二、对步骤一中建立的晶胞模型采用蒙特卡洛
‑
分子动力学方法添加溶质并进行结构优化，得到溶质平衡偏析的晶胞模型；步骤三、采用分子动力学模拟方法对步骤二中得到的晶胞模型进行模拟变形试验，输出应力
‑
应变曲线以及能量演化曲线；步骤四、将步骤三中进行模拟变形试验后的晶胞模型的显微组织进行晶内和晶界区域分离，然后采用OVITO软件进行位错分析，得到晶内和晶界位错长度/密度随应变演化结果；步骤五、根据步骤四中OVITO软件进行位错分析得到的数据，利用公式计算得到晶界溶质浓度并分析强度
‑
溶质浓度关联，其中x
gb
表示晶界溶质浓度，V表示晶胞体积，C0表示总溶质浓度，A
gb
表示晶界面积，δ表示晶界厚度，κ表示晶内和晶界原子密度比；步骤六、综合步骤三中得到的应力
‑
应变曲线、步骤四中得到的晶内和晶界位错长度/密度演化结果以及步骤五中得到的晶界溶质浓度和强度
‑
溶质浓度关联，分析纳米晶材料的变形机制和力学性能以及进行合金设计。2.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟的纳米材料力学性能分析方法，其特征在于，步骤一中所述多晶晶胞模型利用ATOMSK软件构建，所述多晶晶胞模型为等轴晶结构、柱状晶结构或层状结构，所述多晶晶胞模型的晶粒尺寸为5nm～30nm。3.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟的纳米材料力学性能分析方法，其特征在于，步骤二中所述添加溶质的过程为通过蒙特卡洛
‑
分子动力学模拟手段逐步添加溶质，使得溶质浓度从零逐渐增加到晶界饱和，或初步替换设定值的溶质，然后通过蒙特卡洛
‑
分子动力学模拟方法进行能...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭浩然，霍望图，唐岩，张伟，张霜，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。