[發明專利]一種碳和滲碳體夾雜對軸承鋼微觀損傷的評估方法及裝置

有效

• 申請號: 202010888463.1
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112069617B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 曹宏瑞;孫亞超
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種碳和滲碳體夾雜對軸承鋼微觀損傷的評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，構建具有確定尺寸和確定晶向的體心立方鐵基體模型，得到模型基體坐標文件；

S2，基于S1得到的模型基體坐標文件，獲取碳原子坐標矩陣，所述矩陣包括鐵基模型中碳原子可能存在的所有坐標；

S3，設置需要插入的碳原子個數A，從S2中得到的坐標矩陣中隨機抽取1.2A行坐標得到坐標矩陣M2，M2坐標矩陣包括A個碳原子的坐標；

S4，判斷S3中得到的坐標矩陣M2中第1、2和3列元素是否超過基體模型的最大坐標，如果超過則刪除該行坐標，如果不超過則保留該行坐標，判斷完成后得到新的坐標矩陣M3；

S5，利用S4得到的坐標矩陣M3，判斷任意兩個坐標之間的間距是否大于兩倍晶格常數，如果大于則刪除其中一個坐標，判斷完成后得到坐標矩陣M4；

S6，利用S5得到的坐標矩陣M4，判斷其矩陣行數是否小于A，如果坐標矩陣M4的矩陣行數小于A，則重新生成1.2A個坐標并進行篩選，否則從坐標矩陣M4中任選A行坐標作為最終碳原子的坐標；

S7，利用S6中得到的A個碳原子坐標，設置碳原子序號和類型，放入基于LAMMPS的體心立方鐵基體模型輸入文件中，并修改文件參數，即得到含碳原子夾雜的軸承鋼基體模型；

S8，根據滲碳體坐標特征構建設定體積的滲碳體塊，并轉換為LAMMPS可讀取的坐標文件；

S9，在S7所得含碳原子夾雜的軸承鋼基體模型中預留滲碳體塊的位置，將滲碳體模型導入基體模型并調整滲碳體塊的位置，得到耦合模型；

S10，對S9得到的耦合模型進行結構弛豫，即得到含碳原子和滲碳體夾雜的軸承鋼分子動力學模型；

S11，基于S10所得含碳原子和滲碳體夾雜的軸承鋼分子動力學模型，加載交變剪切應力，模擬軸承鋼交變剪切應力狀態下缺陷的演化過程，對可能的損傷機理進行評估。

2.根據權利要求1所述的碳和滲碳體夾雜對軸承鋼微觀損傷的評估方法，其特征在于，S1中分別以晶向[100]、[010]和[001]作為模型的X、Y和Z三個坐標軸方向，設置X、Y和Z三個坐標軸方向的模型尺寸，晶格常數a，鐵和碳的MEAM勢函數，得到基體坐標矩陣文件。

3.根據權利要求1所述的碳和滲碳體夾雜對軸承鋼微觀損傷的評估方法，其特征在于，S2中，將坐標文件中的X、Y和Z坐標數據單獨提取為X1、Y1和Z1三個列向量，分別加上體心立方鐵的半晶格常數a/2，得到X2、Y2和Z2三個列向量，將所述列向量組合為三個坐標矩陣[X2Y1 Z1]、[X1 Y2 Z1]和[X1 Y1 Z2]，將所述三個坐標矩陣合為一個坐標矩陣M1，坐標矩陣M1包括S1所述鐵基體模型中碳原子可能存在的所有坐標。

4.根據權利要求1所述的碳和滲碳體夾雜對軸承鋼微觀損傷的評估方法，其特征在于，S3中所述的從坐標矩陣M1中隨機抽取1.2A個坐標采用軟件中的隨機函數進行抽取。

5.根據權利要求1所述的碳和滲碳體夾雜對軸承鋼微觀損傷的評估方法，其特征在于，S5中所述的判斷任意兩個坐標之間直線距離是否大于兩倍晶格常數，采用三維空間中兩點之間的歐氏距離計算公式進行計算。

6.根據權利要求1所述的碳和滲碳體夾雜對軸承鋼微觀損傷的評估方法，其特征在于，S7中所述的修改輸入文件參數包括總原子個數和碳原子相對原子質量。

7.根據權利要求1所述的碳和滲碳體夾雜對軸承鋼微觀損傷的評估方法，其特征在于，S8中所述的根據滲碳體坐標特征生成滲碳體塊，采用但不限于Materials studio建模軟件，采用但不限于Atomsk將生成的滲碳體坐標文件轉換為LAMMPS軟件可讀取的輸入文件。

8.根據權利要求1所述的碳和滲碳體夾雜對軸承鋼微觀損傷的評估方法，其特征在于，S9中，在含碳原子夾雜的軸承鋼基體模型中預留滲碳體模型的位置，根據滲碳體模型的形狀和尺寸，刪除軸承鋼基體模型對應部分模型。