一种金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法，所述方法首先在超晶胞铁模型中预置中空微通道，得到含微裂纹的铁模型；基于周期性气体模型进行能量最小化处理和分子动力学模拟，得到弛豫后的气体模型；建立由真空层、含微裂纹铁模型、弛豫气体模型、隔离层拼接组成的微裂纹气体泄漏界面模型，然后对界面模型进行分子动力学模拟，根据模拟轨迹结果计算气体在微裂纹中的泄漏速率。本发明专利技术方法具有计算效率高、仿真成本低的优点，能够构建纳米尺度的完整微裂纹气体泄漏界面模型，从微观角度分析气体分子在微裂纹中的泄漏规律与机理，获取微裂纹尺寸、结构与气体泄漏演变的内在联系，为精密仪器的密封性能、寿命和可靠性提升奠定基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分子模拟，特别是涉及一种金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法。

技术介绍

1、密封件是旋转机械、动力机械等精密仪器设备的关键组成部分。对于精密金属密封件，金属晶体结构缺陷、残余应力、工作应力等容易引发微裂纹，导致气体泄漏，破坏密封性能，进而对产品的性能、寿命和可靠性造成不利影响。因此，研究气体在金属密封件微裂纹中的泄漏行为与规律，对金属密封件的性能优化具有重要的理论指导意义。

2、不同于气体在宏观尺度裂纹中的流动，当微裂纹空间尺度减小至接近气体分子的平均自由程时，气体的稀薄效应和压缩性效应愈加突出，微裂纹中的气体泄漏倾向于分子流和过渡流状态，流体连续介质假设不再成立，传统基于连续介质假设的navier-stokes方程失效。同时，微裂纹中的泄漏气体还呈现粘性耗散效应、表面效应和非线性效应，决定了气体在微裂纹中泄漏行为的复杂性。基于此，传统实验手段和流体力学仿真均难以在微观尺度上有效描述、分析、解释泄漏气体在微裂纹中的运动机制。

3、分子动力学模拟是联系材料微观结构和宏观性能的一道桥梁，它既可以在原子和分子尺度上模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法，其特征在于模拟步骤为：

2.如权利要求1所述的金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述步骤(1)中，bcc铁晶胞为：JCPDS No.6-0696；中空微通道的金属层壁厚为

3.如权利要求1所述的金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中，气体包括：氦气、氩气、氖气、氮气、氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、氨气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯其中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述步...

【技术特征摘要】

1.一种金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法，其特征在于模拟步骤为：

2.如权利要求1所述的金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述步骤(1)中，bcc铁晶胞为：jcpds no.6-0696；中空微通道的金属层壁厚为

3.如权利要求1所述的金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中，气体包括：氦气、氩气、氖气、氮气、氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、氨气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯其中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中，周期性气体模型的a、b、α、β、γ与步骤(1)中的超晶胞铁模型保持一致，周期性气体模型的c由气体压强决定，气体压强为0.01-70atm。

5.如权利要求1所述的金属微裂纹中气体泄漏的分子动力学模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中，分子动力学模拟力场包括：compass力场、cvff力场、pcff力场其中的一种，利用nosé-hoover热浴法控制温度，温度、动力学时间和时间步长分别为73.15-673.15k、2000-40000ps和0.5-2fs...

【专利技术属性】
技术研发人员：左镇，金鑫，刘沛媛，周思宇，高向萱，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：