(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111390723.3 (22)申请日 2021.11.22 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 孙瑜　唐鑫　王昊　何卫锋　 陈雪峰　 (74)专利代理 机构 北京中济纬天专利代理有限 公司 11429 专利代理师 覃婧婵 (51)Int.Cl. G16C 10/00(2019.01) G16C 20/90(2019.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种梯度纳米 孪晶的多尺度建模方法 (57)摘要 本公开揭示了一种梯度纳米孪晶的多尺度 建模方法， 包括： 构建晶体的元胞立方体模型； 构 建所述元胞立方体模型的镜像对称模 型， 通过将 二者的原子坐标文件合并以构建孪晶模型； 以所 述孪晶模型的孪晶界中心原 子的Y轴坐标值为固 定中间值， 对 所述孪晶模型的原子坐标文件中所 有原子的Y轴坐标值进行区间划分， 并删除区间 外一切原子， 获得沿Y轴的三种不同长度的孪晶 模型； 以所述三种不同长度的孪晶模 型以及各位 向晶粒结构的中心点坐标文件作为种子点， 生成 三种孪晶密度不同的纳米孪晶模 型； 对所述三种 孪晶密度不同的纳米孪晶模型通过采用晶粒选 择性删除以及模型拼接的方式获得梯度纳米孪 晶原子结构模型。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 114708920 A 2022.07.05 CN 114708920 A 1.一种梯度纳米孪晶原子结构建模方法， 所述方法用于指导高性 能梯度纳米孪晶结构 金属的制备， 包括如下步骤： S100： 构建晶体的元 胞立方体模型； S200： 构建所述元胞立方体模型的镜像对称模型， 通过将二者的原子坐标文件合并以 构建孪晶模型； S300： 以所述孪晶模型的孪晶界中心原子的Y轴坐标值为固定中间值， 对所述孪晶模型 的原子坐标文件中所有原子的Y轴坐标值进行区间划分， 并删除区间外一切原子， 获得沿Y 轴的三种不同长度的孪晶模型； S400： 以所述三种不同长度的孪晶模型以及各位向晶粒结构的中心点坐标文件作为种 子点， 生成三种孪晶密度不同的纳米孪晶模型； S500： 对所述三种孪晶密度不同的纳米孪晶模型通过采用晶粒选择性删除以及模型拼 接的方式获得梯度纳米孪晶原子结构模型。 2.根据权利 要求1所述的方法， 其中， 优选的， 步骤S100中， 所述晶体的元胞立方体模型 通过以下方式构建： 基于晶体结构特征得到的原子坐标变化规律， 结合Fortran编程获得所 建梯度纳米孪晶原子结构模 型内所含全部原子的X、 Y、 Z坐标文件， 根据全部原子的X、 Y、 Z坐 标文件建立晶体的元 胞立方体模型。 3.根据权利要求1所述的方法， 其中， 步骤S40 0包括如下步骤： S401： 通过C#编程实现Voronoi算法的交互软件， 准备所建梯度纳米孪晶原子结构模型 中各位向晶粒 结构的中心点 坐标文件并对中心点所对应晶粒依次进行编号； S402： 以所述三种不同长度的孪晶模型和各位向晶粒结构的中心点坐标作为种子点， 通过Atomsk软件及Voro noi算法生成三种孪晶密度不同的纳米孪晶模型。 4.根据权利要求1所述的方法， 其中， 步骤S5 00包括如下步骤： S501： 根据晶粒编号对所述三种孪晶密度不同的纳米孪晶模型中的晶粒分别进行选择 性删除， 获得三种孪晶密度不同的局部梯度纳米孪晶原子结构模型； S502： 根据晶粒编号对所述三种孪晶密度不同的局部梯度纳米孪晶原子结构模型进行 拼接， 获得梯度纳米孪晶原子结构模型。 5.根据权利要求1所述的方法， 其中， 所述方法还 包括如下步骤： S600： 对具有梯度纳米孪晶结构的金属样品进行EBSD制样及测试， 获得金属样品的 EBSD数据； S700： 将所述金属样品的EBSD数据导入MATLAB中， 获取金属样品每一个 晶粒的结构及 取向信息， 并据此 得到可供ABAQUS有限元 软件读取的节点单 元信息； S800： 对所述梯度纳米孪晶原子结构模型加载模拟以获得该模型的刚度矩阵， 并进一 步根据刚度矩阵获得金属样品的弹性常数， 根据晶体塑性有限元硬化模型设置硬化参数， 将所述弹性常数和硬化参数并结合取向数据整合转化为可供ABAQUS读取的mput文件中的 材料信息； S900： 根据所述单元节点信息和材料信 息构建金属样品梯度纳米孪晶结构的代表体积 单元模型， 即晶体塑性有限元模型， 实现多尺度建模。 6.根据权利要求5所述的方法， 其中， 步骤S70 0包括如下步骤： S701： 在MATLAB中通过MTEX导入金属样品的EBSD 数据， 根据扫描步长沿X轴、 Y轴对格点权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114708920 A 2进行编号， 读取EBSD数据中每个格点的坐标数据和欧拉角取向数据， 并通过text ool将欧拉 角取向数据转换为晶面指数与晶向指数格式的取向数据； S702： 根据欧拉角判断和统计同属一个晶粒的格点， 并将同一晶粒中的所有格点编号 转换为可 供ABAQUS有限元 软件读取的i nput文件中的节点单 元信息。 7.根据权利要求5所述的方法， 其中， 步骤S800中， 所述梯度纳米孪晶模型的刚度矩阵 表示如下： 8.根据权利要求5所述的方法， 其中， 步骤S800中， 所述晶体塑性有限元硬化模型表示 为： hα β＝qhα α 其中， 为α 滑移系的剪切应变率； 为滑移参考剪切应变率； 取值为0.001； τα为α 滑移 系的分解剪切应力； 为滑移系临 界剪切应力， 下标c表示临 界； n为滑移速率相关指数； N为 滑移系数； hα α为自硬化模量， 是指滑移系对自身所造成的影响； hα β是潜硬化模量， 是指不同 滑移系之间的影响； h0为初始硬化模量； hs为第一阶段的硬化模量； τ0为初始屈服应力； τ1为 第一阶段的屈服应力； γ0为滑移参考剪切应变； fα β为滑移系 之间相互作用系数； γβ为β 滑 移系的剪切应变； γ0为滑移参考剪切应变； q为潜硬化模量与自硬化模量的比值， 对共面滑 移系， 比值 为1， 其他情况为1.4。 9.根据权利要求5所述的方法， 其中， 步骤S90 0包括如下步骤： S901： 在ABAQUS有限元软件中先建立一个简单模型， 获取初始input文件， 其中， 该模型 的尺寸与EBSD图框选区域的格点数量对应， 即一个有限元单元网格对应一个EBSD格点， 同 属一个晶粒格点编号 集合对应一组ABAQUS节点单 元集合； S902： 将所述节点单元集合信息和材料信息按晶粒编号导入ABAQUS可读取的input文 件， 从而获得 金属样品的梯度纳米孪晶结构的 晶体塑性有限元模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114708920 A 3