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申请/专利权人：上海交通大学

摘要：本发明提供了一种基于跨尺度模拟的涂层镀层性能试验方法和系统，集成第一性原理、分子动力学、晶体塑性有限元、多物理场仿真等多尺度仿真方法，从多元合金材料的元素组成、组分配比、晶粒分布等设计参数直接导出其宏观力学性能，梳理其输入与输出的对应关系，将小尺度的输出作为大尺度的输入，减少人为输入的设计参数。在本发明方法框架下，无需输入经验性或试验性的材料基本参数，需要人为自行设置的参数均为多元合金设计参数；在此框架下，实现了从多元合金的设计参数到宏观服役性能的预测，进而提高了多元合金涂层镀层的设计效率。

主权项：1.一种基于跨尺度模拟的涂层镀层性能试验方法，其特征在于，包括：步骤S1：根据多元合金的组成元素，在第一性原理仿真软件中建立不同的原子对；步骤S2：改变两金属原子间的距离，计算双原子团簇在不同距离r下的结合能E；步骤S3：基于结合能与距离的关系曲线，拟合出不同金属原子间的Lennard-Jones势函数的参数A、B；步骤S4：根据多元合金的组成元素类型和配比，建立超晶胞；步骤S5：采用虚晶近似法VGA改变超晶胞中原子的混合比例，形成特定元素组成和组分配比的超晶胞；步骤S6：以同样的方法建立另一个超晶胞，并使两个超晶胞以不同晶向接近，进行平行运动和垂直运动；步骤S7：在不同相对运动形式下，提取分离距离与能量变化的关系曲线，进而得到分离距离与所需力之间的关系；步骤S8：在分子动力学模拟软件中建立纳米级块状原子模型；步骤S9：采用NVT或NPT系综，将原子模型的合金体系升温至熔点以上；步骤S10：将原子模型的体系均匀降温至室温，并在室温下充分弛豫；步骤S11：采用虚拟压头法，实施纳米压痕的测试过程，并提取加载和卸载过程中的载荷-位移曲线；步骤S12：根据降温过程中的分子势能-温度关系图，找到其势能突变时对应的温度，即为熔点；步骤S13：根据载荷-位移曲线，计算合金纳米模型的杨氏模量、硬度和接触刚度力学参数；步骤S14：利用晶体塑性有限元仿真软件，设定晶粒大小、分布特征参数，建立多晶合金的物理模型；步骤S15：将晶界处设置为预设厚度的材料1，其力学性能选用第一性原理中计算得到的参数；将晶粒内部设置为材料2，其力学性能选用分子动力学模拟中计算得到的均质化力学参数，包括合金纳米模型的杨氏模量、硬度和接触刚度力学参数；步骤S16：对晶体有限元模型实施拉伸和压缩操作，提取其应力-应变曲线，并计算考虑晶粒特征后的力学性能；步骤S17：在多物理场仿真软件中，设置符合实际使用场景的物理模型；步骤S18：对建立的物理模型施加边界条件，并设置环境工况与运动工况；步骤S19：将多晶模型中计算得出的力学性能作为材料参数输入至多物理场仿真软件中，并提取宏观模型的应力-应变曲线、振动模态信息；Lennard-Jones势函数表达式为： 引入一个变量x，且令x＝r6，则势函数的形式变为：Ex2＝A-Bx势函数表达式转化成关于x的函数，此函数的图像为直线，当绘制出函数的直线图像后，直线的截距为A，斜率为-B；在LAMMPS中，Lennard-Jones势函数的表达式为： 其中，∈为能量单位；σ为平衡距离；得出参数∈、σ与参数A、B的关系：

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百度查询： 上海交通大学 基于跨尺度模拟的涂层/镀层性能试验方法和系统