[發(fā)明專利]一種基于自由體積分布的溶質(zhì)低能偏聚界面模型建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110697619.2
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113421616B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張瑞豐;張燕;劉昭睿;藥博男
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C60/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 易卜

1.一種基于自由體積分布的溶質(zhì)低能偏聚界面模型建模方法，其特征在于，具體步驟如下：

首先，用戶構(gòu)建初始模型和設(shè)置輸入?yún)?shù)，并應(yīng)用周期性邊界條件，對距初始模型的盒子邊界滿足限制條件的原子，執(zhí)行平移復(fù)制操作，得到擴(kuò)展原子，并更新所有原子的總數(shù)；

針對更新后的所有原子，在周期性邊界環(huán)境下創(chuàng)建各原子對應(yīng)的柵格坐標(biāo)并獲取各原子的近鄰列表；

然后，選擇初始盒子中各原子的近鄰列表，分析各原子的晶體結(jié)構(gòu)以及各自對應(yīng)的體積；并執(zhí)行細(xì)密網(wǎng)格劃分，識別所有界面格子，并基于原子的體積計(jì)算界面格子的自由體積，進(jìn)而計(jì)算其溶質(zhì)原子出現(xiàn)概率

接著，從盒子中獲取隨機(jī)坐標(biāo)及其近鄰列表，從列表中選擇最鄰近的四個(gè)原子，滿足其類型為非溶質(zhì)原子類型或者非禁止操作原子類型，作為組成間隙的原子，將間隙質(zhì)心位置作為待插入溶質(zhì)原子的候選坐標(biāo)x_k，計(jì)算該候選坐標(biāo)x_k的接受概率P_k；

當(dāng)接受概率P_k大于等于已成功實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)原子插入的最新接受概率P_n，對組成間隙的原子坐標(biāo)執(zhí)行多面體分析，并對凸多面體進(jìn)行穩(wěn)定四面體間隙判定；

當(dāng)接受概率P_k小于P_n，利用Metropolis采樣算法獲取0到1范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)P^*，繼續(xù)判斷直至滿足P^*≤P_k，對組成間隙的原子坐標(biāo)執(zhí)行多面體分析，并對凸多面體進(jìn)行穩(wěn)定四面體間隙判定；

判定條件為：

第一，任意棱長小于截?cái)喟霃絩₁和任意角度不大于90度；第二，該四面體間隙波動(dòng)范圍滿足ε_α＜0.15；或用戶自行設(shè)置；

最后，滿足四面體間隙穩(wěn)定下，在候選坐標(biāo)x_k處插入溶質(zhì)原子n，并記錄此時(shí)接受概率P_k為P_n；重復(fù)從盒子中獲取隨機(jī)坐標(biāo)，對組成間隙的原子判斷接受概率和執(zhí)行四面體間隙的穩(wěn)定，當(dāng)滿足條件后插入溶質(zhì)原子，直至溶質(zhì)原子數(shù)量達(dá)到目標(biāo)值N，輸出溶質(zhì)偏聚界面模型。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于自由體積分布的溶質(zhì)低能偏聚界面模型建模方法，其特征在于，所述初始模型為存在界面的金屬單質(zhì)，模型包括盒子信息、原子總數(shù)、原子類型、所有原子的序號和各原子坐標(biāo)；

盒子信息包括盒子尺寸和盒子對角線兩個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)；對角線兩個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)分別為起點(diǎn)坐標(biāo)(x_s,y_s,z_s)和終點(diǎn)坐標(biāo)(x_e,y_e,z_e)，由起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)得盒子三軸邊長X、Y、Z；記錄當(dāng)前原子總數(shù)為IniNum，第i個(gè)原子的坐標(biāo)為(x_i,y_i,z_i)；

輸入?yún)?shù)包括必選參數(shù)和可選參數(shù)；必選參數(shù)包括溶質(zhì)原子數(shù)量N、溶質(zhì)原子類型、截?cái)喟霃絩₁和隨機(jī)數(shù)種子；其中溶質(zhì)原子類型值必須大于初始模型中所有原子類型值；可選參數(shù)為用戶可修改默認(rèn)值的各種參數(shù)。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于自由體積分布的溶質(zhì)低能偏聚界面模型建模方法，其特征在于，所述對距初始模型的盒子邊界滿足限制條件的原子進(jìn)行擴(kuò)展的過程為：

限制條件是指各原子與盒子邊界的距離小于截?cái)喟霃絩₁；

首先，根據(jù)周期性邊界條件對盒子外部的原子執(zhí)行平移操作，確保所有原子處于盒子內(nèi)部；

然后，將盒子向外擴(kuò)展截?cái)喟霃絩₁的距離，新擴(kuò)展的區(qū)域?yàn)閿U(kuò)展盒子；

最后，逐一選擇位于原盒子內(nèi)部的原子，進(jìn)行如下判斷：

當(dāng)前原子根據(jù)周期性邊界條件沿某方向平移一個(gè)周期距離后，判斷該原子是否在擴(kuò)展盒子內(nèi)，如果是，則將此原子復(fù)制到擴(kuò)展盒子中，繼承平移之前的原子類型和記錄平移之后的原子坐標(biāo)；并標(biāo)記平移復(fù)制生成的原子為擴(kuò)展原子，更新原子總數(shù)；否則，當(dāng)前原子不做處理，繼續(xù)選擇下一個(gè)原子；

原子總數(shù)包括原盒子內(nèi)部的所有IniNum個(gè)原子以及擴(kuò)展原子兩部分之和；擴(kuò)展原子在IniNum之后排序；

方向包括上、下、前、后、左、右和其中任意兩或三個(gè)方向的矢量和，共26個(gè)，具體根據(jù)周期性設(shè)置得到。