CN110008531B - 一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构建模方法 - Google Patents

一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110008531B
CN110008531B CN201910198335.1A CN201910198335A CN110008531B CN 110008531 B CN110008531 B CN 110008531B CN 201910198335 A CN201910198335 A CN 201910198335A CN 110008531 B CN110008531 B CN 110008531B
Authority
CN
China
Prior art keywords
interstitial
atoms
solid solution
gap
modeling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910198335.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110008531A (zh
Inventor
宋海峰
方俊
高兴誉
赵亚帆
林德烨
孙博
朱雪燕
刘海风
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INSTITUTE OF APPLIED PHYSICS AND COMPUTATIONAL MATHEMATICS
Original Assignee
INSTITUTE OF APPLIED PHYSICS AND COMPUTATIONAL MATHEMATICS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INSTITUTE OF APPLIED PHYSICS AND COMPUTATIONAL MATHEMATICS filed Critical INSTITUTE OF APPLIED PHYSICS AND COMPUTATIONAL MATHEMATICS
Priority to CN201910198335.1A priority Critical patent/CN110008531B/zh
Publication of CN110008531A publication Critical patent/CN110008531A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110008531B publication Critical patent/CN110008531B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Abstract

本发明涉及一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤S1：建立一个只包含基体原子的无序固溶材料原子结构模型，建模方法选择SQS方法或者SAE方法；步骤S2：确定晶体结构中的间隙位坐标及Wyckoff位置；步骤S3：对间隙位进行分类；步骤S4：将间隙原子添加到基体原子结构模型中，完成含间隙的原子结构建模。本发明的建模方法计算量小，计算速度快，自动化程度高，尤其对于低固溶度含间隙原子无序固溶材料的建模可靠性高。

Description

一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构建模方法
技术领域
本发明涉及一种无序固溶材料原子结构的建模方法，特别涉及一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法。
背景技术
高性能合金材料是高端制造业强国战略的物质基础，也是高新技术发展的先导。随着材料服役条件愈发苛刻，人们对材料性能的要求也越来越高。高性能合金材料通常是添加多种元素共同合金化来实现。为降低合金化元素添加的盲目性和复杂性，合金成分设计对于研发高性能复杂合金材料至关重要，是实现新材料研发由经验指导实验的传统模式向理论预测、实验验证的新模式转变的关键环节。
随着科技的深入发展，固溶体在材料的制备及改性研究方面越来越广泛，利用固溶体理论可有效指导新材料的开发和利用。无序固溶材料是溶质原子随机分布在溶剂晶体点阵的任意位置的固溶体，而间隙固溶是合金中常见的一种元素固溶的形态，如钢铁中的碳原子就处在铁原子晶格间隙中。在金属材料的服役过程中，经常会出现的氧化、腐蚀、氢脆等现象，也都与C\H\O\N等原子半径较小的元素在金属材料内部的间隙固溶相关。和替换固溶不同的是，间隙固溶的合金元素不是直接占据溶剂元素的格点，而是位于溶质元素所包围形成的间隙位上。在金属材料中，常见的间隙位有四个原子包围形成的四面体间隙以及六个原子包围形成的八面体间隙。
对含有间隙原子的无序固溶材料的建模，目前的技术方案除了手工建模以外，比较成熟的建模方法是特殊准随机结构(Special Quasi Random structure,SQS)方法，SQS方法最早由Zunger、魏苏淮等人提出，论文发表于Phys.Rev.Lett.65(3),353,1990,广泛应用于合金等材料的建模。该方法构建特定的超胞，在超胞内划分不同的团簇。根据特殊准随机结构的关联函数，构造了描述材料无序度的目标函数，对超胞结构进行优化，最终获得无序度最高的无序固溶材料模型。目前使用最广泛的SQS方法，是van de Walle等开发的ATAT软件包中的SQS方法(Calphad,42,13-18，2013)。使用该方法的建模步骤简介如下：(1)构建不含有间隙的晶体的单胞结构，获得单胞的晶胞参数以及单胞内所有格点的分数坐标；(2)根据已经构建的单胞结构，手工计算出所有可能的间隙位的分数坐标，将间隙位的坐标添加到单胞结构中；(3)编辑单胞结构输入文件，根据间隙位的占位情况将其分为两种，一种被合金原子占据，而没有被合金原子占据的间隙位则被视为空位原子，用Vac符号来表示，根据间隙原子的数目设定间隙位和空位原子的比例；(4)利用构建好的单胞输入文件，用ATAT程序中的SQS方法进行建模。
但现有的建模方法存在以下的问题：(1)间隙原子在晶体中的比例往往比较低，因此建模的时候往往需要较大的晶胞，才能建立一个合理的无序固溶结构，与此同时，基于SQS方法的建模程序算法复杂度较高，当使用100原子以上的晶胞进行建模时，计算速度较慢，计算量大；(2)建模时，必须手工建立单胞输入文件，写出所有的间隙位。在实际的含有间隙位的合金中，可能有四面体间隙和八面体间隙等多种间隙位，这些间隙位的坐标都需要在建模之前进行计算，计算过程较为繁琐，容易出错；(3)对于低固溶度含间隙原子无序固溶材料，间隙原子之间的平均距离较远，在建模时如果要考虑间隙和间隙之间的相互作用，往往需要使用较大的团簇截断半径，导致建模时考虑的团簇数量急剧增加，进一步增大了计算量。
最近，北京科技大学和北京应用物理与计算数学研究所的研究人员合作提出了一种基于相似原子环境(SAE)方法的无序固溶材料建模方法，和SQS方法相比能够显著提高建模的效率。目前，使用SAE方法对含有间隙原子的无序固溶材料原子结构建模过程与SQS方法相似，仍需要用户手工对间隙位坐标进行计算。
综上所述，目前SQS方法和SAE方法均可以实现含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模，但建模的前处理过程依然比较繁琐，需要发展新的方法来加快建模过程。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种计算量小，计算速度快，自动化程度高，尤其对于低固溶度含间隙原子无序固溶材料的建模可靠性高，计算速度快的含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法。
本发明的技术方案是：一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，具体步骤如下：
步骤S1：建立一个只包含基体原子的无序固溶材料原子结构模型，建模方法选择SQS方法或者SAE方法；
步骤S2：确定晶体结构中的间隙位坐标及Wyckoff位置；
步骤S3：对间隙位进行分类；
步骤S4：将间隙原子添加到基体原子结构模型中，完成含间隙的原子结构建模。
进一步地，所述步骤S2中，对于常见晶体结构，其四面体间隙位和八面体间隙位这两种类型的间隙位Wyckoff位置是已知且唯一的。
进一步地，所述步骤S2中，对于任意晶体结构，其中的四面体间隙和八面体间隙的Wyckoff位置需要经过计算来获得，具体步骤如下：
步骤S2.1：获得不含间隙的单胞的所有格点坐标；
步骤S2.2：获得距离表；
步骤S2.3：获得邻居表；
步骤S2.4：获得四面体和八面体；
步骤S2.5：获得四面体间隙位和八面体间隙位的候选坐标；
步骤S2.6：核算四面体间隙位和八面体间隙位的候选坐标的合理性；
步骤S2.7：获得得间隙位的Wyckoff位置类型以及坐标。
进一步地，在所述步骤S1中，使用SQS方法或者SAE方法中目标函数f来评价每个结构的无序度，通过对结构的调整实现对目标函数f的优化，获得无序度最高的结构，完成对只包含基体原子的无序固溶材料原子结构的建模；所述步骤S4中，使用SQS方法或者SAE方法中目标函数f来评价每个结构的无序度，通过对结构的调整实现对目标函数f的优化，获得无序度最高的结构，完成含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模。
进一步地，根据步骤S2中获得的将间隙位的Wyckoff位置类型以及坐标，在步骤S3中将属于同一个Wyckoff位置的间隙位视为等价的间隙位,实现对间隙位的分类。
进一步地，根据步骤S2和步骤S3中的间隙位坐标及Wyckoff位置以及间隙位的分类，在步骤S4中，在原有的基体原子Wyckoff位置基础上，为每一类型的间隙位增加一组参数，包括需要添加的间隙位的Wyckoff位置符号、间隙位的Wyckoff坐标、间隙元素符号列表、间隙元素的比例列表，从而把间隙原子添加到基体原子中，在建模过程中，基体原子的位置保持不变，只调整间隙原子在所有间隙位中的占位，完成含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模。
进一步地，对于低固溶合金，将最大熵优化方法引入，形成新的目标函数形式如下
Figure GDA0002067724210000031
其中，M表示选中的合金元素符号，VM,i表示M元素的第i个原子的自由空间的体积，w表示给最大熵优化方法在目标函数中设置的权重，新的目标函数f’取代步骤S1以及步骤S4中使用的目标函数f，并对新的目标函数进行优化，目标函数越小则结构的无序度越高，选择无序度最高的结构作为最终使用的低固溶合金的含间隙原子无序固溶材料原子结构模型。
进一步地，当合金元素与间隙原子之间存在化学短程序时，所述步骤S3中的具体步骤如下：
步骤S3.1：根据间隙位的原子环境，对间隙位进行分类，根据间隙位的分类和间隙位的总数计算每一种间隙位的数目；
步骤S3.2：根据化学短程序参数计算间隙原子周围基体原子的分布情况；
步骤S3.3：根据间隙位的分类以及间隙原子周围基体原子的分布情况，计算间隙原子所占据的不同种类间隙位的数目。
进一步地，所述步骤S3.3中，根据所述步骤S3.1和步骤S3.2的结果构建方程组，并设置边界条件，如果方程组有满足边界条件的解，则进行下一步骤S4；如果方程组没有满足边界条件的解，则重新回到步骤S1建立候选的只包含基体原子的无序固溶材料原子模型。
进一步地，多次重复步骤S4的操作，建立多个候选模型，利用SQS方法或者SAE方法中的目标函数f对模型无序度进行计算，选择无序度最高的结构作为最终使用的存在化学短程序的含间隙原子无序固溶材料原子结构模型。
本发明具有以下有益效果：(1)针对体心立方、面心立方、密排六方、B2等常见的晶体结构，间隙位的坐标可以由程序自动生成，用户不再需要手工计算所有的间隙位坐标，简化了含间隙无序固溶材料建模的输入文件编写；(2)针对任意空间群对称性的晶体结构，我们提供了自动计算所有间隙位以及判断其所属的Wyckoff位置的方法，用户不需要手工计算间隙位坐标，进一步简化了含间隙无序固溶材料建模的输入文件编写；(3)针对低固溶合金，使用了最大熵方法与SAE或者SQS方法结合的优化目标函数，最终构建的模型满足了最大熵方法的目标函数，同时满足SAE或者SQS的目标函数，使得最终的建模更加可靠；(4)原有的建模方案的迭代法可能需要数千次迭代计算才可以收敛，而优化的对含化学短程序的间隙位建模方案，将优化问题转化为对线性方程组的求解，提高了建模的速度，可以显著降低建模的计算量。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
对于含有间隙原子的无序固溶材料，我们将其中的原子分为两类，一类是间隙原子，一类是基体原子。首先，我们建立一个只包含基体原子的无序固溶材料原子结构模型，然后再将间隙原子加入到基体原子中，最终实现建模。
一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，具体步骤如下：
步骤1建立一个只包含基体原子的无序固溶材料原子结构模型，建模方法选择SQS方法或者SAE方法。使用SQS方法或者SAE方法中目标函数f来评价每个结构的无序度，通过对结构的调整实现对目标函数f的优化，获得无序度最高的结构，完成对只包含基体原子的无序固溶材料原子结构的建模。
步骤2确定晶体结构中的间隙位坐标及Wyckoff位置。
对于常见晶体结构，包括体心立方、面心立方、密排六方、B2结构，其四面体间隙位和八面体间隙位这两种类型的间隙位Wyckoff位置是已知且唯一的。对于任意晶体结构，其中的四面体间隙和八面体间隙的Wyckoff位置需要经过计算来获得，且可能存在多种类型的间隙位，需要计算间隙位坐标。具体步骤如下：
2.1获得不含间隙的单胞的所有格点坐标：给定晶胞参数、晶体对称性、晶胞内的基体原子的Wyckoff位置的分数坐标，利用空间群对称性，生成该空间群下单胞内所有格点的坐标。
2.2获得距离表：将单胞进行扩胞，建立一个3*3*3或者5*5*5的超胞，根据晶胞参数以及单胞内格点的坐标，计算超胞内所有格点之间的相互距离，构建一个距离表D,其中Dij表示第i个格点与第j个格点的距离。
2.3获得邻居表：根据预设的格点间距离的截断半径rnb，结合步骤2.2构建出的距离表D，构建超胞最中心位置单胞与超胞内所有格点之间的邻居表。当且仅当超胞中心单胞内格点i与超胞内格点j之间的距离Dij＜rnb,则认为第i个格点和第j个格点相邻。
2.4获得四面体和八面体：根据邻居表，获得超胞最中心位置单胞内格点以及其相邻原子所包围形成的四面体和八面体。判断标准如下：四面体由4个原子包围形成，组成四面体的4个原子两两之间的距离均小于预设的原子间距离的截断半径rcn；八面体由6个原子包围形成，组成八面体的每个原子在其他5个原子中均存在4个近邻原子，该原子与4个近邻原子的距离均小于预设截断半径rcn。
2.5获得四面体间隙位和八面体间隙位的候选坐标:得到与超胞中心位置单胞内格点相关的所有四面体和八面体以后，对于构成四面体的4个格点，计算4个格点分数坐标的算数平均值，作为四面体间隙位的坐标；对于构成八面体的6个格点，计算6个格点分数坐标的算数平均值，作为八面体间隙位的坐标。如果四面体间隙或者八面体间隙坐标位于超胞中心的单胞以外，则通过平移操作，将该间隙位平移到超胞中心的单胞内部。分别构建四面体间隙列表和八面体间隙列表，排除所有在周期边界条件下重复的间隙位坐标，存储所有的四面体间隙位坐标以及包围该四面体间隙的4个格点坐标，存储所有的八面体间隙位坐标以及包围该八面体间隙的6个格点坐标。
2.6核算四面体间隙位和八面体间隙位的候选坐标的合理性:对四面体间隙列表中的每一个间隙位，计算间隙位与四面体4个格点之间的相互距离，如果均大于事先给定的截断半径rci,则该候选坐标是一个合理的四面体间隙位；同理，对八面体间隙列表中的每一个间隙位，计算间隙位与八面体6个格点之间的相互距离，如果均大于事先给定的截断半径rci,则认为该候选坐标是一个合理的八面体间隙位。如果间隙位不能满足以上的要求，则该位置无法容纳一个间隙原子，将该坐标从间隙位的列表中删除。
2.7获得间隙位的Wyckoff位置类型以及坐标：将上一步核算得到的四面体间隙位和八面体间隙位在超胞中的坐标，转化为间隙位在单胞中的坐标。利用空间群对称性，识别出这些坐标所属的Wyckoff位置，并获得Wyckoff位置的坐标。
以上的间隙位坐标及Wyckoff位置识别的方法对于体心立方、面心立方、密排六方、B2这四类常见晶体结构同样适用。
步骤3对间隙位进行分类。
根据步骤2中获得的间隙位的Wyckoff位置类型以及坐标，将属于同一个Wyckoff位置的间隙位视为等价的间隙位,实现对间隙位的分类。
通过上面两步，我们能够自动计算出任意空间群下晶体结构中可能存在的间隙位的坐标，并获得这些间隙位所属的Wyckoff位置，对间隙位进行分类，给后续计算提供输入参数，不再需要通过手工计算获得这些信息。
步骤4将间隙原子添加到基体原子结构模型中，完成含间隙的原子结构建模。
根据步骤2和步骤3中的间隙位坐标及Wyckoff位置以及间隙位的分类，在原有的基体原子Wyckoff位置基础上，为每一类型的间隙位增加一组参数，包括需要添加的间隙位的Wyckoff位置符号、间隙位的Wyckoff坐标、间隙元素符号列表、间隙元素的比例列表；如果需要同时考虑多种类型的间隙位，则添加多组参数。在建模计算过程中，基体原子的位置保持不变，只调整间隙原子在所有间隙位中的占位。计算中使用的其他参数与SQS方法或者SAE方法一致。使用SQS方法或者SAE方法中目标函数f来评价每个结构的无序度，通过对结构的调整实现对目标函数f的优化，获得无序度最高的结构，完成含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模。
实施例二
在低固溶合金中，溶质元素含量较低，因此在使用较小的超胞进行建模时很多类型的团簇数目很少或者会出现缺失，以传统的SQS方法或者SAE方法建模的效果会降低。为了解决这个问题，本发明将最大熵优化(Entropy 2013,15,5536-5548；doi:10.3390/e15125536)引入到这个体系中。假设SQS方法或者SAE方法使用的目标函数为f，加入针对低固溶合金元素的熵的部分，新的目标函数f'形式如下：
Figure GDA0002067724210000061
其中，M表示选中的合金元素符号，VM,i表示M元素的第i个原子的自由空间的体积，w表示给最大熵方法在目标函数中设置的权重。由于我们所关注的是低固溶合金，因此我们对最大熵优化方法进行了改进，只选择浓度较低的合金元素，计算其自由空间的体积。对于比例较大的其他元素，在最大熵优化中不考虑其对目标函数的贡献。
在建模的过程中，新的目标函数f’取代步骤1以及步骤4中使用的目标函数f，并对新的目标函数进行优化，目标函数越小则结构的无序度越高，选择无序度最高的结构作为最终使用的低固溶合金的含间隙原子无序固溶材料原子结构模型。
实施例三
在多组元合金中，合金元素之间的成键相互作用存在差异，因此元素在晶格内的分布可能并不是完全随机的，而是存在化学短程序，同理，对于含有间隙原子的多组元无序固溶合金，基体合金元素与间隙原子之间也可能存在着化学短程序，我们在建模过程中，如果不考虑化学短程序，那么建成的原子结构模型无法准确反映材料的结构特征。
为此，本发明提供了一种存在化学短程序的含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，具体步骤如下：
步骤1.与实施例一中的步骤1一样，建立一个只包含基体原子的无序固溶材料原子结构模型，建模方法选择SQS方法或者SAE方法。
步骤2.与实施例一中的步骤2一样，确定晶体结构中的间隙位坐标及Wyckoff位置。
步骤3.1.根据间隙位的原子环境，对间隙位进行分类，根据间隙位的分类和间隙位的总数计算每一种间隙位的数目Ys。
根据步骤1中所建的原子结构模型,按照间隙位的原子环境，对晶体结构中的间隙位进行进一步分类。以间隙位第j近邻为例，假设第j近邻中基体原子总数为Mj,基体原子的元素种类有w种。对每一个间隙位，假设第k种间隙位元素的数目为nk，则
根据这Mj个原子的基体元素的组合，对间隙位进行分类，具体方法如下：
对于每个间隙位原子，都可以构建出一个列表{nk}(k＝1,…,w)，如果对于两个间隙位原子，列表{nk}相同，则认为两个间隙位原子是一类间隙位，假设间隙位的总数为T，经过分类得到第s种类间隙位的数目为Ys，记第s种类间隙位第j近邻原子中第k种基体元素的数量为Ljs，k。
步骤3.2.根据化学短程序参数计算间隙原子周围基体原子的分布情况。
根据化学短程序参数αj(ep,ek)，计算建模所期望得到的间隙原子环境，间隙原子环境用间隙原子周围基体原子的数目来体现。具体的计算方法如下：
根据Cowley化学短程序参数定义：
Figure GDA0002067724210000072
其中ep元素表示间隙原子，ek表示基体原子，j表示第j近邻，Pj(ep,ek)是对于所有元素符号为ep的间隙原子的第j近邻原子中，元素符号为ek的基体原子的比例，ck为ek元素在合金基体中的比例。假设Np为间隙原子在超胞内的总数，对于ep元素其第j近邻的原子总数为M，则所有ep原子的第j近邻中ek原子的总数
Figure GDA0002067724210000073
可通过下列公式计算得出：
Figure GDA0002067724210000074
对于有多个化学短程序参数的体系，可以计算出多个
Figure GDA0002067724210000075
步骤3.3.根据间隙位的分类以及间隙原子周围基体原子的分布情况，计算间隙原子所占据的不同种类间隙位的数目Xs。
根据上述两步中对间隙位的分类以及间隙原子周围基体原子的数目，构建方程组，假设对于步骤3.1中所有的T数的间隙位，假设间隙原子所占据的第s种间隙的数目为Xs，则
Figure GDA0002067724210000076
根据间隙原子的总数Np，进一步有
Figure GDA0002067724210000077
解方程时，需要将Xs≦Ys作为方程组的边界条件。
如果有多个化学短程序参数，则根据上面的公式构建多个方程，求解方程组，得到最接近的间隙位分布，即得到一组Xs。由于方程的数目远远小于未知数的数目，方程的解可能是不唯一的。如果方程组没有满足边界条件的解，则表明步骤1中建立的模型不合理，重新回到步骤1建立以候选的只包含基体原子的无序固溶材料原子模型。
步骤4.对于所有的间隙位，从第s种间隙的Ys个间隙位中随机选择Xs个间隙位，把将间隙原子添加到基体原子结构模型中，，完成存在化学短程序的含间隙原子的无序固溶材料候选原子结构的建模。
步骤5.多次重复步骤4的操作，建立多个候选模型，利用SQS方法或者SAE方法中的目标函数f对模型无序度进行计算。计算无序度时，需要添加的间隙位的Wyckoff位置符号、间隙位的Wyckoff坐标、间隙元素符号列表、间隙元素的比例列表；如果需要同时考虑多种类型的间隙位，则添加多组参数。选择无序度最高的结构作为最终使用的存在化学短程序的含间隙原子无序固溶材料原子结构模型。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤S1：建立一个只包含基体原子的无序固溶材料原子结构模型，建模方法选择SQS方法或者SAE方法；
步骤S2：确定晶体结构中的间隙位坐标及Wyckoff位置；
对于常见晶体结构，其四面体间隙位和八面体间隙位这两种类型的间隙位Wyckoff位置是已知且唯一的；
对于任意晶体结构，其中的四面体间隙和八面体间隙的Wyckoff位置需要经过计算来获得，具体步骤如下：
步骤S2.1：获得不含间隙的单胞的所有格点坐标；
步骤S2.2：获得距离表；
步骤S2.3：获得邻居表；
步骤S2.4：获得四面体和八面体；
步骤S2.5：获得四面体间隙位和八面体间隙位的候选坐标；
步骤S2.6：核算四面体间隙位和八面体间隙位的候选坐标的合理性；
步骤S2.7：获得得间隙位的Wyckoff位置类型以及坐标；
步骤S3：对间隙位进行分类；根据步骤S2中获得的将间隙位的Wyckoff位置类型以及坐标，在步骤S3中将属于同一个Wyckoff位置的间隙位视为等价的间隙位,实现对间隙位的分类；
步骤S4：将间隙原子添加到基体原子结构模型中，完成含间隙的原子结构建模。
2.根据权利要求1所述的一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，其特征在于：在所述步骤S1中，使用SQS方法或者SAE方法中目标函数f来评价每个结构的无序度，通过对结构的调整实现对目标函数f的优化，获得无序度最高的结构，完成对只包含基体原子的无序固溶材料原子结构的建模；所述步骤S4中，使用SQS方法或者SAE方法中目标函数f来评价每个结构的无序度，通过对结构的调整实现对目标函数f的优化，获得无序度最高的结构，完成含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模。
3.根据权利要求1所述的一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，其特征在于：根据步骤S2和步骤S3中的间隙位坐标及Wyckoff位置以及间隙位的分类，在步骤S4中，在原有的基体原子Wyckoff位置基础上，为每一类型的间隙位增加一组参数，包括需要添加的间隙位的Wyckoff位置符号、间隙位的Wyckoff坐标、间隙元素符号列表、间隙元素的比例列表，从而把间隙原子添加到基体原子中，在建模过程中，基体原子的位置保持不变，只调整间隙原子在所有间隙位中的占位，完成含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模。
4.根据权利要求2所述的一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，其特征在于：对于低固溶合金，将最大熵优化方法引入，形成的目标函数形式如下：
Figure FDA0002252639310000021
其中，M表示选中的合金元素符号，VM,i表示M元素的第i个原子的自由空间的体积，w表示给最大熵优化方法在目标函数中设置的权重，新的目标函数f’取代步骤S1以及步骤S4中使用的目标函数f，并对新的目标函数进行优化，目标函数越小则结构的无序度越高，选择无序度最高的结构作为最终使用的低固溶合金的含间隙原子无序固溶材料原子结构模型。
5.根据权利要求1-2任一所述的一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，其特征在于：当合金元素与间隙原子之间存在化学短程序时，所述步骤S3中的具体步骤如下：
步骤S3.1：根据间隙位的原子环境，对间隙位进行分类，根据间隙位的分类和间隙位的总数计算每一种间隙位的数目；
步骤S3.2：根据化学短程序参数计算间隙原子周围基体原子的分布情况；
步骤S3.3：根据间隙位的分类以及间隙原子周围基体原子的分布情况，计算间隙原子所占据的不同种类间隙位的数目。
6.根据权利要求5所述的一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，其特征在于：所述步骤S3.3中，根据所述步骤S3.1和步骤S3.2的结果构建方程组，并设置边界条件，如果方程组有满足边界条件的解，则进行下一步骤S4；如果方程组没有满足边界条件的解，则重新回到步骤S1建立候选的只包含基体原子的无序固溶材料原子模型。
7.根据权利要求6所述的一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构的建模方法，其特征在于：多次重复步骤S4的操作，建立多个候选模型，利用SQS方法或者SAE方法中的目标函数f对模型无序度进行计算，选择无序度最高的结构作为最终使用的存在化学短程序的含间隙原子无序固溶材料原子结构模型。
CN201910198335.1A 2019-03-15 2019-03-15 一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构建模方法 Active CN110008531B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910198335.1A CN110008531B (zh) 2019-03-15 2019-03-15 一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910198335.1A CN110008531B (zh) 2019-03-15 2019-03-15 一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构建模方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110008531A CN110008531A (zh) 2019-07-12
CN110008531B true CN110008531B (zh) 2020-01-31

Family

ID=67167229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910198335.1A Active CN110008531B (zh) 2019-03-15 2019-03-15 一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110008531B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7283307B2 (ja) * 2019-08-27 2023-05-30 富士通株式会社 設計プログラム、及び設計方法
CN113270149B (zh) * 2021-04-30 2022-10-04 上海大学 基于分子动力学的铁液中钛氧团簇生长及结构的表征方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904309A (zh) * 2012-12-24 2014-07-02 天津工业大学 一种含镍钛锰的固溶体材料及其制备方法
CN108984910A (zh) * 2018-07-19 2018-12-11 北京航空航天大学 一种三维四向编织复合材料的参数化建模方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2761047B1 (en) * 2011-09-29 2018-01-24 Crucible Intellectual Property, LLC Radiography marker
CN104408300A (zh) * 2014-11-18 2015-03-11 西北工业大学 时效成形/扩散复合工艺的微观相场建模与分析方法
CN105772689B (zh) * 2016-03-03 2017-11-10 大连理工大学 基于分子动力学的铸造高铬合金的建模方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904309A (zh) * 2012-12-24 2014-07-02 天津工业大学 一种含镍钛锰的固溶体材料及其制备方法
CN108984910A (zh) * 2018-07-19 2018-12-11 北京航空航天大学 一种三维四向编织复合材料的参数化建模方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110008531A (zh) 2019-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110008531B (zh) 一种含间隙原子的无序固溶材料原子结构建模方法
Wu et al. Solving the set-union knapsack problem by a novel hybrid Jaya algorithm
CN110059067A (zh) 一种水利空间矢量大数据存储管理方法
CN106527381B (zh) 一种面向并行批处理机动态调度的快速评估方法
CN104700160B (zh) 一种车辆路径优化方法
CN107330214A (zh) 基于离散化与启发式进化算法的空间布局优化方法
CN103077288B (zh) 面向小样本试验数据的多元合金材料的软测量及其配方决策方法
CN103605909B (zh) 一种基于灰色理论及支持向量机的水质预测方法
CN105974799A (zh) 一种基于差分进化-局部单峰采样算法的模糊控制系统优化方法
CN108960323A (zh) 一种基于张量分解和共同近邻确定位错核结构的方法
CN105469118B (zh) 基于核函数的融合主动学习和非参半监督聚类的稀有类别检测方法
CN105956663A (zh) 异形零件下料的并行排样优化方法
CN112380302A (zh) 基于轨迹数据的热力图生成方法、装置、电子设备以及存储介质
CN101692230A (zh) 顾及多细节层次的三维r树空间索引方法
CN103871088A (zh) 基于图像稀疏特征的空间统计数据分块压缩方法及系统
CN110119408A (zh) 地理空间实时流数据下移动对象连续查询方法
CN109193756A (zh) 一种风电接入系统的场景解耦动态经济调度模型求解方法
CN113963462B (zh) 基于远传数据的电驱总成可靠性工况构建方法及构建装置
CN105809286B (zh) 一种基于代表数据重构的增量svr负荷预测方法
Coello Evolutionary multiobjective optimization: current and future challenges
CN103345560A (zh) 基于微观图象特征的水泥水化仿真及宏观属性预测的方法
CN110084865A (zh) 一种离散点分级加权拟合规则格网的方法
CN109615119A (zh) 一种基于秩次集对分析理论的空间负荷预测方法
CN116721305A (zh) 一种基于神经网络结构搜索的混合精度量化感知训练方法
CN113505853B (zh) 一种在约束条件下对晶体材料进行搜索的方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant