[發明專利]用于計算固溶體合金材料中位錯結構和力學性能的方法

在審

• 申請號: 201710631692.3
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107391863A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 凡頭文;陳東初;張敏;許石秀;譚新君;林家進;朱勇;譚新輝;曹建平
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 黃耀鈞

1.一種用于計算固溶體合金材料中位錯結構和力學性能的方法，其特征在于，所述用于計算固溶體合金材料中位錯結構和力學性能的方法從模擬位錯最為廣泛接受的Peierls-Nabarro數值模型計算出滑移面上下原子位移矢量和應變場；結合第一原理計算的溶質原子與廣義層錯的化學相互作用及基底的體積和扭轉相互作用，應用Fermi-Dirak統計分布得出溶質原子在位錯上的偏聚情況；運用相關方法計算出溶質原子在均勻分布和偏聚狀態下對合金材料固溶體位錯結構和力學性能的影響。

2.如權利要求1所述的用于計算固溶體合金材料中位錯結構和力學性能的方法，其特征在于，所述用于分析固溶體合金材料中位錯結構和力學性能的方法包括：改進的二維Peierls-Nabarro位錯模型；

位錯線總能量E_T由滑移面上下兩部分彈性應變能E_el，滑移面上錯排能E_A，以及溶質原子與位錯的總相互作用能E_int三部分構成，E_T＝E_el+E_A+E_int；位錯線總能量是滑移面上下面錯配度u(η)的泛函數，滿足邊界條件u(-∞)＝0和u(∞)＝b；其中η是滑移面上垂直于位錯線方向ξ的矢量，滑移面上下兩部分彈性應變能E_el表示為：

Eel=ΣqHqqΣn,lunqulqln[Rωnq+ωlq]-12Σn,lunqulqln[1+(rnq-rlq)2(ωnq+ωlq)2]+2H12Σn,luneuleln[Rωne+ωls]-12uneuleln[1+(rne-rls)2(ωne+ωls)2];]]>

其中n,l為整數，q＝[e,s]表示位錯的刃/螺型分量；分別是位錯錯配度值、位錯半寬度和分位錯的位置參數；R是位錯連續彈性解的徑向截斷半徑；Stroh張量是對角化的，對于各向同性矩陣中的不為0的元素為[H₁₁,H₂₂,H₃₃]＝1/(4π)[K_edge,K_screw,K_edge]；其中K_edge、K_screw分別是刃、螺型分量能量常參數，依賴于基底的彈性性能；位移矢量u^q(η)設為擬函數：

uq(η)=Σnunqπarctan(η-rnqωnq)+bq2;]]>

對于連續體的連續滑移，原子錯排能E_A通過對錯排能密度積分來進行計算，而錯排能密度通常的做法是從廣義層錯能面γ[u(η)]＝γ[u^e(η),u^s(η)]獲得：

EA=∫-∞+∞γ[u(η)]dη;]]>

二維廣義層錯能面可以利用倒空間傅里葉級數展開：

γ[ux,uy]=c1+c2[cos(2pux)+cos(pux+quy)+cos(pux-quy)]+c3[cos(2quy)+cos(3pux+quy)+cos(3pux-quy)]+c4[sin(2pux)-sin(pux+quy)-sin(pux-quy)];]]>

其中x和y分別為某個滑移面上相互垂直方向，面心立方fcc為和六角密排結構hcp為和和q＝2π/a分別為倒空間中基本矢量長度，其中a為原胞邊長；c₁,c₂,c₃和c₄為擬合參數；

在固溶體合金中，溶質原子與位錯總的相互作用能表示為：

Eint=Σi,jcij(u)Eij-binding(u)=Σi,jcij(u)[Eij-chemical(u)+Eij-physical(u)];]]>

其中c_ij(u)和E_ij–binding(u)分別表示溶質原子的偏析濃度和溶質原子與位錯的結合能；E_ij–binding(u)可以用溶質原子與位錯的化學和物理相互作用來表示，采用費米-狄拉克分布函數來表示溶質原子濃度有c_ij(u)：

cij(u)=11+1-c0c0exp(Eij-binding(u)KT);]]>

其中c₀為合金中加入的溶質原子的平均濃度。