[发明专利]二元合金中剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用模拟方法

权利要求书

1.一种二元合金中剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、基于重位点阵模型构造含有对称倾转晶界的纯金属双晶模型；

S2、通过原子替换方法向所述纯金属双晶模型中添加一定比例的合金原子，构造出二元合金双晶模型；

S3、通过删除原子的方式在所述二元合金双晶模型内预置出裂纹，构造出含有裂纹的二元合金双晶模型；

S4、基于分子动力学方法对所述含有裂纹的二元合金双晶模型进行弛豫，使其达到给定温度下的平衡状态；

S5、基于分子动力学方法对所述平衡状态下的含有裂纹的二元合金双晶模型进行剪切模拟，得到二元合金中剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用的结果；

S6、采用原子模拟可视化软件对剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用的结果进行分析，观察裂纹愈合和扩展等变化的情况，以及晶界结构的变化。

2.根据权利要求1所述的二元合金中剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用模拟方法，其特征在于，所述步骤S1的具体实施步骤包括：

S11、确定纯金属双晶模型中包含对称倾转晶界的重合点阵密度Σ、旋转角θ和旋转轴的空间取向[u v w]，并将旋转轴作为上晶(1)和下晶(2)的Z轴；

S12、根据us+vp+wq＝0和s²+p²+q²＝Σ、2Σ或3Σ两公式，求出下晶(2)Y轴的空间取向[s p q]；

S13、根据右手法则，求出下晶(2)X轴的空间取向；

S14、利用矩阵变换方法，求出下晶(2)Y轴[s p q]绕旋转轴[u v w]旋转θ角后所得矢量，即上晶(1)Y轴的取向；

S15、根据右手法则，求出上晶(1)X轴的空间取向；

S16、确定纯金属双晶模型在X轴、Y轴和Z轴方向的尺寸。

3.根据权利要求1所述的二元合金中剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用模拟方法，其特征在于，所述步骤S2中的具体实施步骤包括：

S21、选取所述纯金属双晶模型中上、下两端约3-6层原子作为上边界原子(3)和下边界原子(4)，选取模型中其他原子为可动原子(5)；

S22、用合金原子按某一比例随机替换所述可动原子(5)范围内的金属基体原子。

4.根据权利要求1所述的二元合金中剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用模拟方法，其特征在于，所述步骤S3中的具体实施步骤包括：

S31、确定裂纹的大小、形状及位置；

S32、删除裂纹所在位置的原子。

5.根据权利要求1所述的二元合金中剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用模拟方法，其特征在于，所述步骤S4中对所述含有裂纹的双晶模型进行弛豫的参数设置为：

温度为298K，采用合金势函数，使用Nosé-Hoover方法控温，压强为0.1-0.5MPa，以1fs为时间步长，在NPT系综中弛豫30-60ps，每1000-2000次步长输出一个结构状态。

6.根据权利要求1所述的二元合金中剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用模拟方法，其特征在于，所述步骤S5的具体实施步骤包括：

S51、标记出垂直于晶界面的一列宽为0.4nm-0.8nm的原子层，用于指示晶界沿X轴方向的运动情况；

S52、固定所述下边界原子(4)，对所述上边界原子(3)施加沿X轴方向的恒定剪切速率。

7.根据权利要求6所述的二元合金中剪切耦合晶界迁移与裂纹相互作用模拟方法，其特征在于，步骤S52中对所述上边界原子(4)施加恒定剪切速率的参数设置为：

温度为298K，采用合金势函数，剪切速率为5-15m/s，以1fs为时间步长，模拟总时长为0.5-2ns，每1000-3000次步长输出一个结构状态。