lammps和atomsk中常用的建模方法 |
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1.Atomsk生成刃型位错2.Atomsk生成任意角度晶界3.Atomsk生成孪晶4.Atomsk生成非晶5.合金多晶结构建模6.Atomsk建立管道类模型7.Atomsk建立不规则界面8.Atomsk产生空位缺陷9.复杂图案建模10.lammps晶界偏析建模11.region union复杂形状建模12.正弦粗糙界面建模13.Atomsk多相建模
当在模拟过程中需要较为复杂的模型时，仅靠lammps建模已经不行。需要lammps和atomsk共同协助来帮助我们建立复杂的模型，本文介绍在lammps和atomsk中常用的建模方法，希望能够帮助初学者更好的建立较为复杂的模型。
1.Atomsk生成刃型位错
刃型位错是在晶体结构中插入一个半原子面，产生晶格畸变，位错处能量较高，在外力作用下容易发生滑移。 塑性变形时位错沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。滑移面和滑移方向往往是晶体中原子排列最密的晶面和晶向。原因：原子排列最密的晶面其面间距最大，点阵阻力最小，容易沿这些晶面发生滑移。同理，原子排列最密的晶向上原子间距最短，在此晶向上滑移最容易。一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个滑移系。 对于面心立方来说，有滑移面{111}4个，滑移方向3个，组合出12个滑移系。 atomsk -dislocationp1 p2：确定位错的位置，位错在垂直于位错线的平面中的坐标 edge或者edge2：表示插入的为刃型位错 ξ：位错线的方向，必须为x、y或z n：半原子面方向，必须为x、y或z，但必须不同于ξ b：位错泊氏矢量的长度，为位错移动方向上两相邻原子之间的间距 v：泊松比 atomsk --create fcc 3.52 Ni orient [-110] [111] [11-2] Ni_cell.xsf # 创建Ni单胞，xyz坐标轴方向为[-110][111][11-2]，滑移面为[111]面，滑移方向[-110] atomsk Ni_cell.xsf -duplicate 40 10 10 Ni_supercell.xsf # 将Ni单胞扩展成40*10*10的超晶胞 atomsk Ni_supercell.xsf -dislocation 0.5*box 0.5*box edge Z Y 2.4893918 0.33 -wrap Ni_edge.lmp # 插入刃型位错，位置位于box中央，位错线平行于Z轴 # wrap将所有原子保存在Ni_edge.lmp中 2.Atomsk生成任意角度晶界根据多晶建模理论，将晶界上下两部分视为2个大晶粒，每个晶粒按一定角度旋转即可。 # 1.生成Al的单胞 atomsk --create fcc 4.046 Al aluminium.xsf # 2.建立多晶参数文件ployX.txt box 100 100 10 #盒子尺寸，100*100*10埃 node 0.5*box 0.25*box 0 0° 0° -26.57° #上下晶粒分别旋转26.57度(围绕Z轴旋转)，旋转中心坐标+角度 node 0.5*box 0.75*box 0 0° 0° -26.57° # 3.建立晶界/多晶 atomsk --polycrystal aluminium.xsf ployX.txt polycrystal.cfg # 保存为polycrystal.cfg 3.Atomsk生成孪晶1.生成Al单胞并设定取向 atomsk --create fcc 4.05 Al orient [11-2] [111] [-110] -duplicate 8 4 4 Al_cell.xsf # create建立单胞，orient设定xyz三轴方向，duplicate复制扩胞2.生成镜像晶体 atomsk -mirrord：镜面与坐标原点的距离 normal：垂直于镜面方向，可以为x、y、z或晶向 atomsk Al_cell.xsf -mirror 0 Y -wrap Al_mirror.xsf # mirror生成镜像Al_mirror.xsf(沿着Y方向)3.合并晶体 atomsk --merge Y 2 Al_cell.xsf Al_mirror.xsf Al_final.xsf # 将Al_cell.xsf和Al_mirror两晶体沿Y方向合并到一起，存入Al_final.xsf 4.Atomsk生成非晶非晶态是指原子处于无序状态的一种结构。使用Atomsk建立非晶，首先建立晶体，然后随机调整原子坐标，使其脱离原晶格点位置即可。 # 1.建立Al晶体模型 atomsk --create fcc 4.046 Al -duplicate 20 20 20 Al_supercell.cfg # create建立Al单胞，并扩胞为20*20*20的超晶胞 # 2.随机调整原子位移 atomsk Al_supercell.cfg -disturb 1.5 final.lmp # disturb随机调整原子位移，最大调整不超过1.5埃 5.合金多晶结构建模1.生成Fe单胞 atomsk --create fcc 3.65 Fe Fe.xsf2.建立多晶节点文件polycrystal.txt box 200 100 200 random 20 # 盒子尺寸200*100*200埃，随机生成20个晶粒3.生成多晶文件final.lmp atomsk --polycrystal Fe.xsf polycrystal.txt final.lmp -wrap # 将Fe单胞填充到20个晶粒中，保存为final.lmp，-wrap将所有原子保存4.修改final.lmp 3 atom stypes # 原子类型由1种改为3种 Masses 1 55.845 #Fe 2 58.69 #Ni 3 51.96 #Cr # 添加Nr、Cr原子摩尔质量5.替换原子生成合金结构 units metal dimension 3 boundary p p p atom_style atomic timestep 0.001 neighbor 0.2 bin read_data final.lmp set type 1 type/ratio 2 0.33 8793 set type 1 type/ratio 3 0.5 56332 #替换原子，1:1:1 write_data FeNiCr.data 6.Atomsk建立管道类模型 atomsk -rolldirection：“滚动”方向，必须是x、y或z θ：旋转角度，θ=360 形成管状 axis：圆柱体的轴，必须是x、y或z # 1.建立Al板模型 atomsk --create bcc 4.046 Al -duplicate 20 20 1 Al.xsf # 2.roll变形 atomsk Al.xsf -roll y 360 x fianl.lmp 7.Atomsk建立不规则界面1.生成2层Al原子 atomsk --create fcc 4.046 Al -duplicate 20 20 1 Al_supercell.cfg2.建立disp.txt文件 # Atom displacements displacement function # 位移函数 uz = 10*cos(4*pi*x/Hx) # uz为z坐标，Hx为x方向框尺寸，pi为π # Atom displacements displacement function uz = 2*cos(4*pi*x/Hx) + 2*cos(4*pi*y/Hy)3.生成不规则界面 atomsk Al_supercell.cfg -properties disp.txt final.lmp # properties 设置每一个原子属性 8.Atomsk产生空位缺陷使用“-select”选择原子，后通过“-remove-atom”删除被选择的原子，形成空位缺陷，“-select”可以选择特定原子，也可以随机选择一定数目原子。 Atomsk中select的用法： atomsk -select all #选择所有原子 atomsk -select invert #反选原子，若之前未定义选择，则不做任何操作 atomsk -select #选择给定种类的所有原子 atosmk -select #选择给定索引的原子，多个时用逗号隔开 atomsk -select list #为每行包含一个原子索引的文本文件 atomsk -select random #给定种类中随机选择N个原子，若为N%，则为百分比，若为any或all，则从所有种类中随机选择N个原子 atomsk -select #为x y z或者晶向，选择在方向上距离原点大于above/小于below给定距离的原子 atomsk -select cell #选择模拟单元内部in/外部out的原子 atomsk -select box |
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