基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法及系统

1.本发明涉及合金建模技术领域，特别是涉及一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法及系统。


背景技术：

2.颗粒增强复合材料具有优异的性能，例如颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高耐磨性和耐高温等优异性能，在航空航天、核能和交通运输等领域有广泛性能。目前研究表明增强体颗粒的含量和尺寸显著影响复合材料的抗拉强度、硬度和摩擦等性能。
3.材料的性能与其微观结构密切相关，对于第二相强化复合材料而言，不同第二相的比例与形态极大地影响着材料的性能，如氧化铝颗粒增强铝基复合材料中氧化铝的形态和含量显著影响着复合材料的机械性能，而增强相大小，形态和分布在复合材料内是随机的。因此，建立更加符合实际第二相分布的金属复合材料微观结构的模型是通过模拟计算准确预测材料性能重要基础。
4.分子动力学模拟是研究纳米金属材料性能非常有效的计算模拟技术，常用的软件包括开源模拟软件lammps软件，基于牛顿力学理论体系，可用于金属，陶瓷和复合材料等复制体系的研究。目前利用分子动力学模拟方法预测材料体系性能的研究得到材料研究人员广泛的关注，而材料体系模型的创建是开展分子动力学前提，模型的好坏直接关系到模拟结果的优劣。目前第二相强化金属材料的模拟大多基于第二相理想分布的复合材料模型为基础，第二相的含量可控，单第二相的分布和形态难以控制，不能很好地反映实际材料的微观结构，从而影响模拟结果的准确性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法及系统，使获得的复合材料模型更贴近实际微观结构。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，包括：
8.根据预设三维模型在三维方向上分别进行划分，划分出多个单位立方体生成三维数组；三维数组中每个元素表示在三维空间的位置，每个位置对应的初始值为0；
9.基于第二相的体积占比和颗粒数量，根据平均函数或者随机函数确定每个颗粒对应的单位立方体的数量，每个颗粒对应的单位立方体的数量构成第一集合；
10.基于所述第一集合，根据随机坐标生成方法和广度优先算法确定第二相在三维模型中的分布，并将第二相在三维模型中的分布生成为掩膜文件；三维模型中分布为第二相的单位立方体位置对应的值为1；
11.建立尺寸相同的基体材料几何模型和增强体几何模型；
12.基于所述掩膜文件，将基体材料几何模型中位置值为1的单位立方体删除，得到带空位的基体材料几何模型；将增强体几何模型中位置值为0的单位立方体删除，得到带空位
的增强体几何模型；
13.将带空位的基体材料几何模型和带空位的增强体几何模型合并得到第二相强化的复合材料模型。
14.可选地，基于所述第一集合，根据随机坐标生成方法和广度优先算法确定第二相在三维模型中的分布，并将第二相在三维模型中的分布生成为掩膜文件，具体包括：
15.遍历所述第一集合中每个颗粒对应的单位立方体的数量，确定每个颗粒的分布，当遍历到第i个颗粒时：
16.在三维数组中随机选择一个坐标作为基点坐标，且基点坐标所在单位立方体不是三维模型最外层的单位立方体；
17.获得当前基点坐标的相邻点坐标集合；
18.判断当前相邻点坐标集合中是否存在单位立方体位置对应的值为1的坐标；
19.若存在，则返回在三维数组中随机选择一个坐标作为基点坐标，且基点坐标所在单位立方体不是三维模型最外层的单位立方体的步骤；
20.若不存在，则根据第i个颗粒对应的单位立方体的数量，基于广度优先算法以当前基点坐标为中心进行随机形状或者固定形状的扩增，扩增后对应的单位立方体位置对应的值设置为1。
21.可选地，还包括：
22.将所述复合材料模型导入到lammps软件中进行能量最小化，得到稳定后的复合材料结构。
23.可选地，所述基体材料几何模型和所述增强体几何模型均为超晶格结构模型。
24.可选地，建立尺寸相同的基体材料几何模型和增强体几何模型，具体包括：
25.获得基体材料的晶体结构信息形成基体材料.cif文件；
26.获得增强体材料的晶体结构信息形成增强体材料.cif文件；
27.采用atomsk软件将所述基体材料.cif文件转换为第一xsf文件，将所述增强体材料.cif文件转换为第二xsf文件；
28.根据第一xsf文件生成基体材料几何模型；
29.根据第二xsf文件生成增强体几何模型。
30.可选地，所述复合材料模型包括氧化铝增强铝基复合材料模型和碳化硅增强铝基复合材料模型。
31.本发明还公开了一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模系统，包括：
32.三维数组生成模块，用于根据预设三维模型在三维方向上分别进行划分，划分出多个单位立方体生成三维数组；三维数组中每个元素表示在三维空间的位置，每个位置对应的初始值为0；
33.颗粒对应的单位立方体数量确定模块，用于基于第二相的体积占比和颗粒数量，根据平均函数或者随机函数确定每个颗粒对应的单位立方体的数量，每个颗粒对应的单位立方体的数量构成第一集合；
34.掩膜文件生成模块，用于基于所述第一集合，根据随机坐标生成方法和广度优先算法确定第二相在三维模型中的分布，并将第二相在三维模型中的分布生成为掩膜文件；三维模型中分布为第二相的单位立方体位置对应的值为1；
35.基体材料几何模型和增强体几何模型建立模块，用于建立尺寸相同的基体材料几何模型和增强体几何模型；
36.带空位的几何模型确定模块，用于基于所述掩膜文件，将基体材料几何模型中位置值为1的单位立方体删除，得到带空位的基体材料几何模型；将增强体几何模型中位置值为0的单位立方体删除，得到带空位的增强体几何模型；
37.复合材料模型确定模块，用于将带空位的基体材料几何模型和带空位的增强体几何模型合并得到第二相强化的复合材料模型。
38.本发明还公开了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据所述的基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法。
39.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
40.本发明基于三维模型划分生成的三维数组，每个第二相颗粒对应的单位立方体的数量构成的第一集合，根据随机坐标生成方法和广度优先算法确定第二相在三维模型中的分布，并将第二相在三维模型中的分布生成为掩膜文件，从而获得可控第二相的含量、数量、分布和形态等特征的复合材料模型，，使获得的复合材料模型更贴近实际微观结构。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本发明实施例提供的一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法流程示意图一；
43.图2为本发明实施例提供的一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法流程示意图二；
44.图3为本发明实施例提供的100*100*100数组文件的一部分示意图；
45.图4为本发明实施例提供的氧化铝相图；
46.图5为本发明实施例提供的氧化铝增强铝基复合材料模型示意图；
47.图6为本发明实施例提供的碳化硅相图；
48.图7为本发明实施例提供的碳化硅增强铝基复合材料模型示意图。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
50.本发明的目的是提供一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法及系统，使获得的复合材料模型更贴近实际微观结构。
51.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实
施方式对本发明作进一步详细的说明。
52.实施例1
53.如图1和图2所示，本实施例提供了一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，该方法具体包括如下步骤：
54.步骤101：根据预设三维模型在三维方向上分别进行划分，划分出多个单位立方体生成三维数组；三维数组中每个元素表示在三维空间的位置，每个位置对应的初始值为0。
55.三维数组为可控三维数组，数组中元素对应的位置值包括1和0两个数字，对应于实际的三维模型，每个数字0和1都代表着1个单位体积大小的立方体(单位立方体)，其中数组中数字1的数量、位置和分布将对应于复合材料模型中的第二相的数量、位置和分布。因而可以通过控制数组中数字1的分布，来生成复杂的第二相强化金属复合材料模型。
56.其中，步骤101中，根据需求将三维空间(三维模型所在空间)在x，y和z方向分成不同等分，三个方向的等分数可以相同也可以不同，划分出单位体积的立方体，因此允许通过输入三维数组的长，宽和高来生成所需的单位立方体。第二相的总含量通过统计数组中1的数量来控制，第二相的个数通过统计数字1块的个数来控制，通过平均函数、随机函数和广度优化算法来控制。根据输入的长、宽、高、总含量和个数信息生成初始化三维数组，每个组员初始值均置0，三维数组对应的值的一部分如图3所示。
57.步骤102：基于第二相的体积占比和颗粒数量，根据平均函数或者随机函数确定每个颗粒对应的单位立方体的数量，每个颗粒对应的单位立方体的数量构成第一集合。
58.其中，步骤102具体包括：
59.步骤103：基于所述第一集合，根据随机坐标生成方法和广度优先算法确定第二相在三维模型中的分布，并将第二相在三维模型中的分布生成为掩膜文件；三维模型中分布为第二相的单位立方体位置对应的值为1。
60.其中，步骤103具体包括：
61.遍历所述第一集合中每个颗粒对应的单位立方体的数量，确定每个颗粒的分布，当遍历到第i个颗粒时：
62.在三维数组中随机选择一个坐标作为基点坐标(x,y,z)。
63.依据judge函数判断基点坐标所在单位立方体是否为三维模型最外层的单位立方体。
64.若是，则返回在三维数组中随机选择一个坐标作为基点坐标的步骤。
65.若否，则说明种子节点位置合理，以当前基点坐标为中心，沿着x,y,z轴方向上的相邻点坐标集合b，即获得当前基点坐标的相邻点坐标集合，相邻点坐标(x1,y1,z1)为：
66.x1＝x+dx，y1＝y+dy，z1＝z+dz；
67.式中，dx，dy，dz分别为x，y，z轴方向上的单位变化量。
68.依据judge函数判断当前相邻点坐标集合中是否存在单位立方体位置对应的值为1的坐标。
69.若存在，则返回在三维数组中随机选择一个坐标作为基点坐标，且基点坐标所在单位立方体不是三维模型最外层的单位立方体的步骤。
70.若不存在，则根据第i个颗粒对应的单位立方体的数量，基于广度优先算法以当前基点坐标为中心进行随机形状或者固定形状的扩增，扩增后对应的单位立方体位置对应的
值设置为1。
71.将三维数组中对应位置数字1的总数量，数字1组成的颗粒的个数和形状等信息输出到文件“information.txt”中；构造出的三维数组输出到文件“array.txt”中；使用循环计数法检验实际生成的三维数组中数字“1”的总数量，并将结果输出到“checkout.txt”中。其中文件“array.txt”将用作为掩膜文件。
72.步骤104：建立尺寸相同的基体材料几何模型和增强体几何模型。
73.所述基体材料几何模型和所述增强体几何模型均为超晶格结构模型。
74.其中，步骤104具体包括：
75.获得基体材料的晶体结构信息形成基体材料.cif文件。
76.获得增强体材料的晶体结构信息形成增强体材料.cif文件。
77.采用atomsk软件将所述基体材料.cif文件转换为第一xsf文件，将所述增强体材料.cif文件转换为第二xsf文件。
78.根据第一xsf文件生成基体材料几何模型。
79.根据第二xsf文件生成增强体几何模型。
80.复合材料模型包括但不仅限于氧化铝增强铝基复合材料模型和碳化硅增强铝基复合材料模型，可以创建任意第二相增强金属基复合材料的模型。
81.根据第一xsf文件生成基体材料几何模型；根据第二xsf文件生成增强体几何模型，具体包括：
82.创建初始模型三维盒子(box)。
83.根据需要设置所需创建的初始模型三维box空间的长宽高，box的长宽高为需要的模拟体系的大小，可以是10nm*10nm*10nm，也可以是150nm*100nm*50nm，具体大小可根据需要设定，建立的两个三维box的长宽高相同。
84.用基体材料xsf文件填充模型三维box，得到基体材料初始模型。用增强体材料xsf文件填充模型三维box得到增强体材料初始模型。
85.不同的基体材料和增强体材料的晶体结构cif文件填充的三维box空间可以得到不同的基体和增强体初始模型，但需要注意基体模型和增强体模型的长宽高需要完全相同。
86.步骤105：基于所述掩膜文件，将基体材料几何模型中位置值为1的单位立方体删除，得到带空位的基体材料几何模型；将增强体几何模型中位置值为0的单位立方体删除，得到带空位的增强体几何模型。
87.其中，步骤105具体包括：
88.利用atomsk软件进行掩膜处理，掩膜文件(mask文件)为上述步骤生成的array.txt文件，对于基体材料初始模型的掩膜处理，删除了数组中数字“1”块对应区域的原子，得到带空位的基体材料模型。
89.对于增强体材料，删除数组中数字“0”块对应的区域的原子，得到带空位的增强体模型。
90.步骤106：将带空位的基体材料几何模型和带空位的增强体几何模型合并得到第二相强化的复合材料模型。
91.其中，步骤106具体包括：建立的基体材料模型和增强体材料模型的坐标和长宽高
尺寸都相同，将两个带空位的基体材料模型和带空位的增强体模型合并时软件会自动将两个模型的原点和坐标轴重合；用同一个数组array.txt文件对基体材料模型和增强体材料模型进行掩膜处理，得到的带空位基体材料模型的空位正好是增强体材料的原子区域；合并后则使增强体原子填充到基体材料模型中的空位，得到复合材料模型。
92.步骤106生成的复合材料模型可能存在原子距离过近，重合或距离过远的情况，复合材料模型处于不稳定状态，因而要进行能量最小化处理。
93.因此，本发明一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，还包括：将所述复合材料模型导入到lammps软件中进行能量最小化，得到稳定后的复合材料模型，并输出复合材料模型数据文件，具体包括：
94.将复合材料模型导入lammps中。
95.设置势函数，具体的势函数需要根据复合材料模型的具体材料种类来选择。
96.使用共轭梯度算法进行结构和能量最小化；再使用等温等压(constant-pressure，constant-temperature，npt)系统设置温度为300k，体系压强为0.1bar，驰豫50ps，使模型内原子位置和能量处于平衡，再输出驰豫后的复合材料模型。
97.本发明一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，还包括：
98.将生成的稳定的复合材料模型文件导入可视化软件ovito(open visualization tool)中进行处理，观察和统计复合材料中的基体材料原子和增强体材料原子是否出现原子重合，原子距离过近或过远的情况，以此分析验证复合材料模型的准确性。
99.生成的结构和能量稳定复合材料模型可以用于分子动力学模拟计算，可以预测复合材料的机械性能，模拟方法包括拉伸、压缩、压痕和摩擦磨损等模拟，可以获得弹性模量、拉伸强度、压缩强度、纳米压痕和摩擦等性能，及复合材料的变形行为和变形机制等形变理论，以指导对实际复合材料变形行为的研究。
100.本发明通过生成可控数组，再应用atomsk(the swiss-army knife of atomic simulations)软件的掩膜技术，生成具有可控第二相分布的复合材料初始模型，再利用lammps(large-scale atomic/molecularmassivelyparallel simulator)模拟软件对初始模型进行能量最小化，使其结构稳定，稳定的合金模型可以用于后续的模拟计算。可以通过可控数组来控制模型中第二相的总含量、数量、尺寸和形状。此方法也可以用于创建不同的基体材料和不同的增强相的复合材料模型。
101.本发明的技术效果如下：
102.(1)可以通过控制数组中数字1和0的数量和分布，来获得可控分布的数字1和0块的数组，从而获得可控第二相的含量、数量、分布和形态等特征的复合材料模型，模型贴合实际第二相强化复合材料的微观结构。
103.(2)通过本发明构建的不同模型之间可以进行对比定量和定性分析研究，例如可以构建第二相含量相同，而第二相数量和形态不同的复合材料模型，来研究第二相数量和形态对复合材料性能的影响。
104.实施例3
105.本实施例应用实施例1提供的一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，具体实现了可控al2o3相的氧化铝增强铝基复合材料的几何模型建模，具体包括如下步骤。
106.(1)通过可控数组生成程序活动100*100*100的数组，数组中包含1000000个元素，此例总生成两个数组txt文件，其中一个数组中含数字“1”的块数量为10，总“1”含量为100000，另一个数组中含数字“1”的块数量为5，总“1”含量为100000。这两个文件用于后续的掩膜文件。控制总第二相总体积含量相同，但是第二相颗粒数量不同。
107.(2)创建纯铝的几何模型，模型尺寸为20*20*20nm，铝原子数约为500000个；创建al2o3相的几何模型，模型尺寸为20*20*20nm，原子总数约为498000个。模型构建软件为atomsk。
108.(3)用步骤(1)生成的掩膜文件处理纯铝几何模型和al2o3相几何模型。
109.其中：掩膜文件1处理过程为：对于纯铝几何模型，掩膜文件中数字“1”的区域为要删除原子区域，数字“0”区域为要保留原子区域，处理后纯铝几何模型删除了18900个原子；对于al2o3相几何模型，掩膜文件中数字“1”的区域为要保留原子区域，数字“0”区域为要删除原子区域，处理后al2o3相的原子量约为19300个原子，al2o3相数为10个，如图4中(a)所示。
110.掩膜文件2处理过程跟掩膜文件1处理过程原理相同，处理后al2o3相的原子量也为19300个原子，al2o3相数为5个，如图4中(b)所示；可以发现，两个模型的al2o3相总体积含量相同，但是颗粒数量不同，导致两个模型中单个第二相的体积不同。
111.(4)将步骤(3)生成的通过掩膜文件处理过的纯铝几何模型和al2o3相几何模型合并在一起，合并后al2o3相刚好处于纯铝几何模型的空位位置，从而得到复合材料的模型。掩膜文件1处理的复合材料模型如图5中(a)所示，掩膜文件2处理的复合材料模型如图5中(b)所示。
112.(5)将步骤(4)生成的复合材料模型导入到lammps软件中进行能量最小化，是复合材料结构稳定，后输出模型数据文件，此模型数据文件可用于复合材料性能模拟计算研究。
113.实施例4
114.本实施例应用实施例1提供的一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，具体实现了一种可控sic相碳化硅增强铝基复合材料的几何模型建模，包括如下几个步骤：
115.(1)编写可控数组生成程序，并利用该程序生成100*100*100的数组，数组中包含1000000个元素，此例总生成两个数组txt文件，其中一个数组中含数字“1”的块数量为10，总“1”含量为100000，另一个数组中含数字“1”的块数量为10，总“1”含量为200000。这两个文件用于后续的掩膜文件。控制第二相颗粒数量相同，但是第二相总体积含量不同。
116.(2)创建纯铝的几何模型，模型尺寸为20*20*20nm，铝原子数约为500000个；创建sic相的几何模型，模型尺寸为20*20*20nm，原子总数约为512000个。模型构建软件为atomsk。
117.(3)用步骤1生成的掩膜文件处理纯铝几何模型和sic相几何模型；其中：掩膜文件1处理过程为：对于纯铝几何模型，掩膜文件中数字“1”的区域为要删除原子区域，数字“0”区域为要保留原子区域，处理后纯铝几何模型删除了18900个原子；对于sic相几何模型，掩膜文件中数字“1”的区域为要保留原子区域，数字“0”区域为要删除原子区域，处理后sic相的原子量约为21000个原子，sic相数为10个，如图6中(a)所示；掩膜文件2处理过程跟掩膜文件1处理过程，处理后sic相的原子量也为42000个原子，sic相数为10个，如图6中(b)所
示，可以发现，两个模型的sic相颗粒数量相同，但总体积含量不同，导致每个相的体积不同。
118.(4)将步骤3生成的通过掩膜文件处理过的纯铝几何模型和sic相几何模型合并在一起，合并后sic相刚好处于纯铝几何模型的空位位置，从而得到复合材料的模型。掩膜文件1处理的复合材料模型如图7中(a)所示，掩膜文件2处理的复合材料模型如图7中(b)所示。
119.(5)将步骤(4)生成的复合材料模型导入到lammps软件中进行能量最小化，是复合材料结构稳定，后输出模型数据文件，此模型数据文件可用于复合材料性能模拟计算研究。
120.实施例5
121.本实施例提供了一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模系统，该系统包括：
122.三维数组生成模块，用于根据预设三维模型在三维方向上分别进行划分，划分出多个单位立方体生成三维数组；三维数组中每个元素表示在三维空间的位置，每个位置对应的初始值为0。
123.颗粒对应的单位立方体数量确定模块，用于基于第二相的体积占比和颗粒数量，根据平均函数或者随机函数确定每个颗粒对应的单位立方体的数量，每个颗粒对应的单位立方体的数量构成第一集合。
124.掩膜文件生成模块，用于基于所述第一集合，根据随机坐标生成方法和广度优先算法确定第二相在三维模型中的分布，并将第二相在三维模型中的分布生成为掩膜文件；三维模型中分布为第二相的单位立方体位置对应的值为1。
125.基体材料几何模型和增强体几何模型建立模块，用于建立尺寸相同的基体材料几何模型和增强体几何模型。
126.带空位的几何模型确定模块，用于基于所述掩膜文件，将基体材料几何模型中位置值为1的单位立方体删除，得到带空位的基体材料几何模型；将增强体几何模型中位置值为0的单位立方体删除，得到带空位的增强体几何模型。
127.复合材料模型确定模块，用于将带空位的基体材料几何模型和带空位的增强体几何模型合并得到第二相强化的复合材料模型。
128.实施例6
129.本实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行实施例1所述的基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法。
130.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
131.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，其特征在于，包括：根据预设三维模型在三维方向上分别进行划分，划分出多个单位立方体生成三维数组；三维数组中每个元素表示在三维空间的位置，每个位置对应的初始值为0；基于第二相的体积占比和颗粒数量，根据平均函数或者随机函数确定每个颗粒对应的单位立方体的数量，每个颗粒对应的单位立方体的数量构成第一集合；基于所述第一集合，根据随机坐标生成方法和广度优先算法确定第二相在三维模型中的分布，并将第二相在三维模型中的分布生成为掩膜文件；三维模型中分布为第二相的单位立方体位置对应的值为1；建立尺寸相同的基体材料几何模型和增强体几何模型；基于所述掩膜文件，将基体材料几何模型中位置值为1的单位立方体删除，得到带空位的基体材料几何模型；将增强体几何模型中位置值为0的单位立方体删除，得到带空位的增强体几何模型；将带空位的基体材料几何模型和带空位的增强体几何模型合并得到第二相强化的复合材料模型。2.根据权利要求1所述的基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，其特征在于，基于所述第一集合，根据随机坐标生成方法和广度优先算法确定第二相在三维模型中的分布，并将第二相在三维模型中的分布生成为掩膜文件，具体包括：遍历所述第一集合中每个颗粒对应的单位立方体的数量，确定每个颗粒的分布，当遍历到第i个颗粒时：在三维数组中随机选择一个坐标作为基点坐标，且基点坐标所在单位立方体不是三维模型最外层的单位立方体；获得当前基点坐标的相邻点坐标集合；判断当前相邻点坐标集合中是否存在单位立方体位置对应的值为1的坐标；若存在，则返回在三维数组中随机选择一个坐标作为基点坐标，且基点坐标所在单位立方体不是三维模型最外层的单位立方体的步骤；若不存在，则根据第i个颗粒对应的单位立方体的数量，基于广度优先算法以当前基点坐标为中心进行随机形状或者固定形状的扩增，扩增后对应的单位立方体位置对应的值设置为1。3.根据权利要求1所述的基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，其特征在于，还包括：将所述复合材料模型导入到lammps软件中进行能量最小化，得到稳定后的复合材料结构。4.根据权利要求1所述的基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，其特征在于，所述基体材料几何模型和所述增强体几何模型均为超晶格结构模型。5.根据权利要求1所述的基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，其特征在于，建立尺寸相同的基体材料几何模型和增强体几何模型，具体包括：获得基体材料的晶体结构信息形成基体材料.cif文件；获得增强体材料的晶体结构信息形成增强体材料.cif文件；采用atomsk软件将所述基体材料.cif文件转换为第一xsf文件，将所述增强体材料
.cif文件转换为第二xsf文件；根据第一xsf文件生成基体材料几何模型；根据第二xsf文件生成增强体几何模型。6.根据权利要求1所述的基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法，其特征在于，所述复合材料模型包括氧化铝增强铝基复合材料模型和碳化硅增强铝基复合材料模型。7.一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模系统，其特征在于，包括：三维数组生成模块，用于根据预设三维模型在三维方向上分别进行划分，划分出多个单位立方体生成三维数组；三维数组中每个元素表示在三维空间的位置，每个位置对应的初始值为0；颗粒对应的单位立方体数量确定模块，用于基于第二相的体积占比和颗粒数量，根据平均函数或者随机函数确定每个颗粒对应的单位立方体的数量，每个颗粒对应的单位立方体的数量构成第一集合；掩膜文件生成模块，用于基于所述第一集合，根据随机坐标生成方法和广度优先算法确定第二相在三维模型中的分布，并将第二相在三维模型中的分布生成为掩膜文件；三维模型中分布为第二相的单位立方体位置对应的值为1；基体材料几何模型和增强体几何模型建立模块，用于建立尺寸相同的基体材料几何模型和增强体几何模型；带空位的几何模型确定模块，用于基于所述掩膜文件，将基体材料几何模型中位置值为1的单位立方体删除，得到带空位的基体材料几何模型；将增强体几何模型中位置值为0的单位立方体删除，得到带空位的增强体几何模型；复合材料模型确定模块，用于将带空位的基体材料几何模型和带空位的增强体几何模型合并得到第二相强化的复合材料模型。8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据权利要求1至7中任一项所述的基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法。

技术总结
本发明公开一种基于分子动力学可控第二相的双相合金建模方法及系统，涉及合金建模技术领域，该方法包括：根据预设三维模型在三维方向上分别进行划分，划分出多个单位立方体并生成三维数组；三维数组中各元素表示在三维空间的位置，每个位置对应的初始值为0；基于第二相的体积占比和颗粒数量，根据随机坐标生成方法和广度优先算法确定第二相在三维模型中的分布，将第二相在三维模型中的分布生成为掩膜文件；三维模型中分布为第二相的单位立方体位置的值为1；建立基体材料几何模型和增强体几何模型；基于基体材料几何模型、增强体几何模型和掩膜文件，得到第二相强化的复合材料模型。本发明使获得的模型更贴近实际第二相增强复合材料的微观结构。复合材料的微观结构。复合材料的微观结构。


技术研发人员：晏玉平
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/28