【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料微观结构设计，特别是一种基于原子择优占位计算合金相高温弹性性能的方法。
技术介绍
1、传统认为原子在合金中随机分布，而实际上原子在合金中具有一定的占位倾向性，即有的原子倾向于占据一种亚晶格，而有的原子倾向于占据另一种亚晶格，即所谓的择优占位行为。从统计意义上进行定量化描述，用占位概率，也称为占位分数，来表达择优占位行为。zhang等人于2020年报道了弹性常数是材料的基本性质，一方面反映原子结合的性质，另一方面与材料的力学性能如硬度、抗拉强度、断裂应力等密切相关【2020zhang】。malica等人于2020年报道了近三十年来，密度泛函理论(dft)已被用于估计材料的弹性常数，通常计算的值与实验值偏差较小【2020malica】,但是dft一般只能计算材料在基态和有限压力下的弹性常数，而弹性常数通常是在有限温度下通过实验测量的，这导致了理论弹性常数与实验弹性常数之间的误差。因此sun等人于2020年报道了温度对弹性常数的影响不可忽视，它可以通过影响弹性常数来进一步影响材料的多晶弹性模量(体积模量、剪切模量和杨氏模量)、各向异性因子、泊松比、普氏比和硬度等【2020sun】。有限温度下的弹性常数一般可以通过经典分子动力学，第一性原理分子动力学以及准简谐近似等求出，后两者基于第一性原理。hu等人于2017年报道了计算有限温度下的弹性常数，最核心的要点是得到体系在某一设定温度下的平衡体积，然后通过计算该平衡体积下的弹性常数来近似等于此温度下的弹性常数【2017hu】。ali等人于2021年报道了运用经典分子动力
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于原子择优占位计算合金相高温弹性性能的方法，基于择优占位(也称为占位偏好)更准确地预测温度相关弹性性能，我们的预测方法可成为其他合金相的高温弹性性能的计算方法，
2、一种基于原子择优占位计算合金相高温弹性性能的方法，包括以下步骤：
3、步骤s1:基于合金相结构进行建模，通过密度泛函微扰理论的声子谱计算，构建格式化的gibbs自由能数据库，基于数据库算出元素在亚晶格上的占位分数；
4、步骤s2:利用所获得的合金原子在亚晶格上的占位分数数据，建立合金相的原子排列模型，并基于总能最小化原理，对合金中原子实际分布的结构模型首先进行体积优化，因为体积对体系的总能影响最大，然后在优化获得的结构的基础上，对晶胞体积、晶胞形状和原子位置进行全优化，获得优化后的结构模型；
5、步骤s3:根据结构优化后的结构模型，通过第一性原理分子动力学计算平衡体积与温度的关系，即获得温度依赖的平衡体积；
6、步骤s4:计算不同体积下的弹性性能，进而得到合金相在高温下(非零开)的弹性性能。
7、本专利技术实现了基于择优占位行为，对合金相在有限温度下弹性性能的定量化计算。
8、在一较佳的实施例中，所述步骤s3具体为:
9、采用基于密度函数理论的第一性原理分子动力学获得平衡体积的方法：结构优化后的结构模型的体积即为基态平衡体积，以基态平衡体积为中心，平衡体积的5％为间隔左右共取5个体积，对这5个体积分别进行第一性原理分子动力学计算，采用nvt正则系综来维持所需温度，总步数设为2000步，每个时间步长为2fs，总共模拟4ps。提取每个体积所有时间步长的外压，并对时间步长取平均得到平均外部压力，对如p-v状态方程进行拟合，p-v状态方程如公式(1)所示，拟合出来的体积即为有限温度下的平衡体积；
10、p-v状态方程为：
11、
12、在一较佳的实施例中，所述步骤s4具体为:
13、首先通过第一性原理分子动力学获得体积与温度的关系；其次通过计算一系列体积下的弹性性能，获得弹性性能与体积的关系；最后通过体积与温度的关系，以及弹性性能与体积的关系近似得到弹性性能与温度的关系；即先获得体系在某一温度下的平衡体积，通过计算该平衡体积在基态下的弹性性能，即为某一有限温度下的弹性性能，此时只粗略地考虑热膨胀的影响；
14、在一较佳的实施例中，为同时考虑热膨胀、晶格振动和电子温度效应的影响，所述步骤s4具体为：
15、步骤s41：直接计算某一温度平衡体积的弹性性能，此时获得的弹性性能与基态弹性性能的差值则为热膨胀的贡献；
16、步骤s42：晶格振动的贡献需要在某一温度平衡体积下先施加一定的应变获得对应的应变结构，在进行第一性原理分子动力学计算后，通过提取所有时间步长的应力并对时间步长的应力值取平均，再进行应力-应变曲线拟合，注意此时获得的弹性性能同时包含了热膨胀和晶格振动，减去热膨胀的贡献，即为晶格振动的贡献；
17、步骤s43：电子温度效应的贡献的计算，需要在基态平衡体积下修改incar文件中的拖尾参数sigma,设定为sigma＝kb*t，其中kb为玻尔兹曼常数，t为温度；计算获得的弹性性能与基态的弹性性能之差，即为电子温度效应的贡献，然后基态弹性性能同时加上这三个贡献即为有限温度下的弹性性能。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术可以弥补密度泛函理论(dft)只能计算材料在基态(0k)和有限压力下的弹性常数等力学性质，而不能计算非基态下，即高温下(也称为有限温度下)的力学性质。弹性常数通常是在有限温度下通过实验测量的，测试条件苛刻，成本高，数据重现性差。少量文献资料对有限温度下的弹性等力学性质的计算，在对合金相进行建模时，将合金相视为随机固溶体处理，不能对实际客观存在的原子在亚晶格上的择优占位行为进行准确描述，导致计算出的弹性性能被显著低估。利用本专利技术计算有限温度下的弹性常数，可根据体系在某一设定温度下原子择优占位行为(占位分数)进行真实结构建模，通过结构优化获得合金相的平衡体积，进一步通过计算该平衡体积下的弹性常数，推导出一系列相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于原子择优占位计算合金相高温弹性性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于原子择优占位计算合金相高温弹性性能的方法，其特征在于，所述步骤S3具体为:
3.根据权利要求1所述的一种基于原子择优占位计算合金相高温弹性性能的方法，其特征在于，所述步骤S4具体为:
4.根据权利要求3所述的一种基于原子择优占位计算合金相高温弹性性能的方法，其特征在于，同时考虑热膨胀、晶格振动和电子温度效应对高温弹性性能的影响，所述步骤S4具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于原子择优占位计算合金相高温弹性性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于原子择优占位计算合金相高温弹性性能的方法，其特征在于，所述步骤s3具体为:
3.根据权利要求1所述的一种基于原子...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴波，赵攀红，张楚波，陈荣，乔阳，孙佳文，黄佳明，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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