[发明专利]一种基于对称性和晶胞投影的高通量理想强度计算方法

说明书

本发明公开了一种基于对称性和晶胞投影的高通量理想强度计算方法，属于材料计算领域。首先根据晶体结构文件的晶体学结构信息自动解析其对称性，确定晶胞的空间群及晶系，并自动设定晶胞的拉伸晶向和剪切滑移路径。然后，对晶胞自动投影，对得到应变初始结构AFFPOS0施加一个拉伸或剪切应变增量，得到应变晶胞。最后对每个应变晶胞进行结构弛豫，当应变结构达到收敛，提取应变结构的能量和应变值，当应变结构的应变值达到设定的最大应变值时，输出所有路径的应力‑应变曲线，获取各个曲线上的最大拉伸应力或最大剪切应力，并取其中各自的最小值，对应得到材料的理想拉伸强度和理想剪切强度。本发明的计算方法简单高效，且成本低。

技术领域

本发明属于材料计算领域，具体为一种基于对称性和晶胞投影的高通量理想强度计算方法。

背景技术

理想强度是晶体的一种本征力学性质，代表无缺陷晶体可以达到的强度上限。理想强度可以反映在大应变下晶体的晶格失稳与电子失稳等情况。此外，理想强度与位错的性质也密切相关，如位错宽度和位错形核。

迄今为止，各向异性理想强度的计算已经在预测晶体本征强度和塑性失稳机理领域被广泛应用，并与实验符合很好。

然而目前为止，仅有采用理想强度研究特定材料和结构([Physical ReviewLetters 102,015503(2009)；Physical review letters 108,255502(2012)；PhysicsReports 826,1-49(2019)])，缺乏高通量计算理想强度的研究工作。这不仅严重限制了理想强度在研究材料本征强度和失稳机理中的应用，还难以满足“材料基因组计划”中对于晶体材料本征强度大数据的需求。

发明内容

本发明为了解决实际应用中对于高通量计算理想强度的需求，提出了一种基于对称性和晶胞投影的高通量理想强度计算方法。

所述的基于对称性和晶胞自动投影的高通量理想强度计算方法，具体步骤如下：

步骤一，针对某晶体S，准备该晶体结构文件，并对其进行预处理，使晶体结构完全弛豫，同时读取输入结构文件的晶体学结构信息；

步骤二，基于所读取的晶体学结构信息和设定的对称性解析精度，利用SPGLIB接口程序自动解析输入的晶体结构的对称性，确定晶胞的空间群和晶系。

步骤三，根据输入晶体结构的晶系，自动设定晶胞的拉伸晶向和剪切滑移路径。

所述的晶系包括三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、四方晶系、三方晶系、六方晶系和立方晶系。

步骤四，基于所确定的不同拉伸晶向和剪切滑移路径，对晶胞自动投影，将自动投影后的结构复制为应变初始结构AFFPOS0。

晶胞自动投影具体为：

对于拉伸应变，将拉伸应变晶向自动投影平行于笛卡尔y轴；对于剪切应变，将剪切面自动投影垂直于笛卡尔x轴，以及将剪切方向自动投影平行于笛卡尔y轴。

步骤五，对每个应变初始结构AFFPOS0施加一个拉伸或剪切应变增量，得到应变晶胞；

对应变初始结构AFFPOS0施加应变是通过矩阵运算获得应变后的晶格基矢向量，同时保持原子位置分数坐标不变。

应变后的晶格基矢向量a′_i由原来的晶格基矢向量a_i和应变矩阵ε的运算得到：

其中I为3×3单位矩阵；

应变矩阵ε可以为拉伸应变矩阵ε_tensile或剪切应变矩阵ε_shear，分别为：