基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法及

本发明涉及纳米合金材料，具体为基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法及系统。背景技术：1、高熵合金(hea)，一般可以定义为由5种或5种以上元素组元按等原子比或近似等原子比合金化形成的新材料，具有高强度、高硬度、耐腐蚀和耐摩擦等优异的力学、化学和热学性能，在航空航天、船舶制造等工业材料上有较好的应用前景。传统的合金会由于金属种类的增加而导致其材料脆化，但高熵合金和以往的传统金属不同，虽然是多种金属元素的杂乱混合，却在物理、化学和力学等方面具有传统合金无法比拟的优异性能。然而在制备过程和实际应用中，过高或过低的外界温度、合金中某一元素含量的变化都可能导致其原子晶格结构和力学性能发生改变。2、纳米压痕是一种模拟金属材料力学性能的方法，可以在纳米量级近乎无损地对材料力学性能进行探测，被广泛应用于材料以及力学等研究领域，然而由于当前技术的限制，在现实的实验中很难观测到材料内部的变形行为。技术实现思路1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法及系统，采用分子动力学方法，模拟虚拟压头载荷作用下高熵合金的力学性能，并分析纳米压痕过程中的微观原子晶格结构变化，为解决原子力学性能不稳定的问题提供支撑依据。2、本发明是通过以下技术方案来实现：3、一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法，包括以下步骤：4、步骤1、构建三维的多元素高熵合金模型，在高熵合金模型中嵌入原子作用势，设定高熵合金模型各方向的边界条件；5、步骤2、将高熵合金模型的底部原子设置固定组，并使该高熵合金模型的能量趋于稳定，得到能量稳定高熵合金模型；6、步骤3、将能量稳定的高熵合金模型在设定温度保温一定时间后，在nve系综下沿着z轴对高熵合金模型施加压力，模拟高熵合金的纳米压痕过程；7、步骤4、获取高熵合金模型在压力下的力学参量，并根据力学参量构建压力深度曲线图，同时获取高熵合金模型纳米压痕过程中的塑性变形数据。8、优选的，步骤1中所述高熵合金模型的构建方法如下：9、采用晶格结构为fcc的原子进行建模，在模型内填充等比例的多种原子，从而得到高熵合金模型，并设置各类原子的相对原子质量；在模型中采用第二近邻修正嵌入原子作用势，得到高熵合金模型。10、优选的，所述原子作用势为2nn-meam势。11、优选的，步骤2中将高熵合金模型的底部原子设置固定组，其余原子用于模拟纳米压痕过程中发生相应的变形。12、优选的，步骤2对高熵合金模型进行弛豫，使其能量趋于稳定，得到能量稳定高熵合金模型。13、优选的，步骤3中以1k/ps的冷却速率将模型降温至预定温度t300k，并保持该温度30ps，压头以的速度对高熵合金模型施加载荷。14、优选的，所述力学参量确定每个采样点的压力和深度，根据压力和深度构建压力深度曲线图。15、优选的，所述塑性变形数据为纳米压痕过程中原子位错的位置、长度和数量。16、一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的系统，包括：17、模型构建模块，用于构建三维的多元素高熵合金模型，在高熵合金模型中嵌入原子作用势，设定高熵合金模型各方向的边界条件；18、模型优化模块，用于将高熵合金模型的底部原子设置固定组，并使该高熵合金模型的能量趋于稳定，得到能量稳定高熵合金模型；19、压力模拟模块，用于将能量稳定的高熵合金模型在设定温度保温一定时间后，在nve系综下沿着z轴对高熵合金模型施加压力，模拟高熵合金的纳米压痕过程；20、数据输出模块，用于获取高熵合金模型纳米压痕过程中的塑性变形数据，以及高熵合金模型在压力下的力学参量，并根据力学参量构建压力深度曲线图。21、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：22、本发明提供一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法，该方法采用虚拟压头模拟高熵合金的纳米压痕的受力变形过程，以便获取材料在塑性变形中更多的形变信息，模拟其发生相变、位错产生、原子位移等现象。分子动力学模拟从微观层面对材料的内部变形进行追踪模拟，有助于进一步理解压痕过程的变形行为。该方法采用分子动力学方法，模拟虚拟压头载荷作用下高熵合金的力学性能，并分析纳米压痕过程中的微观原子晶格结构变化，在一定程度上对实际纳米压痕实验的设计与测试提供指导。与传统方法相比，本方法在建模过程中能够模拟高熵合金在虚拟磨粒压头下的形态演变特征，并且更加注重力场关系和势函数的设定，最终可以直接观察和理解材料内部的微观结构和原子之间的相互作用，从而揭示高熵合金的力学性能和变形机制，根据高熵合金的塑性变形过程和机理对高熵合金的优化进行优化设计。技术特征：1.一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤1中所述高熵合金模型的构建方法如下：3.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法，其特征在于，所述原子作用势为2nn-meam势。4.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤2中将高熵合金模型的底部原子设置固定组，其余原子用于模拟纳米压痕过程中发生相应的变形。5.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤2对高熵合金模型进行弛豫，使其能量趋于稳定，得到能量稳定高熵合金模型。6.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤3中以1k/ps的冷却速率将模型降温至预定温度t300k，并保持该温度30ps，压头以的速度对高熵合金模型施加载荷。7.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法，其特征在于，所述力学参量确定每个采样点的压力和深度，根据压力和深度构建压力深度曲线图。8.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法，其特征在于，所述塑性变形数据为纳米压痕过程中原子位错的位置、长度和数量。9.一种权利要求1-8任一项所述的基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法的系统，其特征在于，包括：技术总结本发明公开了一种基于分子动力学模拟高熵合金力学性能的方法及系统，构建三维的多元素高熵合金模型，在高熵合金模型中嵌入原子作用势；将高熵合金模型的底部原子设置固定组，并使该高熵合金模型的能量趋于稳定，得到能量稳定高熵合金模型；将能量稳定的高熵合金模型在设定温度保温一定时间后，在NVE系综下沿着Z轴对高熵合金模型施加压力，模拟高熵合金的纳米压痕过程；获取高熵合金模型在压力下的力学参量，并根据力学参量构建压力深度曲线图，同时获取高熵合金模型纳米压痕过程中的塑性变形数据。采用分子动力学方法，模拟虚拟压头载荷作用下高熵合金的力学性能，并分析纳米压痕过程中的微观原子晶格结构变化，为解决原子力学性能不稳定的问题提供支撑依据。技术研发人员：张永芳,黄丽娜,田瑞,赵蔓,王萌受保护的技术使用者：西安理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16