LAMMPS 脚本分享:合金元素含量、温度和应变速率对 NbTiZrMoV 高熵合金力学行为的影响:分子动力学研究

文摘   2024-10-18 17:41   吉林  



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主要内容

“高熵合金(HEA)因其在低温和高温下优异的机械性能而引起了研究人员的关注,这为其在各个领域的广泛应用铺平了道路。在这项研究中,我们借助新开发的改进嵌入原子法 (MEAM) 进行分子动力学模拟,研究了温度和应变速率对单晶等摩尔 NbTiZrMoV 合金(一种难熔 HEA (RHEA))机械性能的影响潜在的。单轴拉伸模拟是在 77 K 和 600 K 之间的温度下沿 x 方向进行的,温度间隔为 100 K,应变速率为 0.001 ps、0.005 ps、0.025 ps 和 0.125 ps。根据模拟数据绘制应力-应变曲线,并根据图表计算合金的不同拉伸性能。这项研究表明,HEA 的拉伸强度和弹性模量随着温度的升高而降低,因为材料在较高温度下会变软。由于原子重排和位错捕获所需的时间不足,需要更高的应力来继续变形,应变率随着应变率的增加而提高了拉伸机械性能。最终,HEA 的拉伸特性受到合金元素含量的影响。具体而言,Mo含量对NbTiZrMoV HEA的拉伸性能具有上升作用,而Nb含量对NbTiZrMoV HEA的拉伸性能具有降低作用。该研究深入了解了 NbTiZrMoV HEA 的机械性能,由于其在不同温度和应变率下具有良好的机械特性,因此可以为其在各个领域的应用提供参考。”——取自文章摘要。

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# Input file for uniaxial tensile test of Nb-Ti-Zr-Mo-V Alloy at 300K
# ------------------------ VARIABLES ------------------------------variable lat_cont equal 3.1variable fNb equal 20variable fTi equal 20variable fZr equal 20variable fMo equal 20variable fV equal 20variable randomseed equal 2345674variable T equal 300 #Temperature: 300Kvariable srate equal 1.0e9variable SR equal "v_srate / 1.0e12" #Strain Rate: 0.001ps-1variable TS equal 0.001 #Timestep: 0.001ps=1fsvariable HS equal 100000 #Heating Stepsvariable RS equal 100000 #Relaxing Stepsvariable DS equal 500000 #Deformation Steps
# ------------------------ INITIALIZATION ------------------------------units metalboundary p p patom_style atomicatom_modify map arrayneighbor 2.0 binneigh_modify delay 1 check yes
# ------------------------ ATOM CONFIGURATION ------------------------------read_data NbTiZrMoV.lmp
# ------------------------ FORCE FIELDS ------------------------------pair_style meampair_coeff * * library.meam Nb Ti Zr Mo V NbTiZrMoV.meam Nb Ti Zr Mo V

# ------------------------ COMPUTES PARAMETERS ------------------------------compute pe all pe/atomcompute ke all ke/atomcompute mytemp all tempcompute stress all stress/atom NULLcompute centrosym all centro/atom 8
# ------------------------ EQUILIBRATION ------------------------------# Energy Minimizationreset_timestep 0fix 1 all box/relax x 0.0 y 0.0 z 0.0dump 1 all custom 1000 dump.minimization.* id type x y zmin_style cgminimize 0.0 1.0e-8 1000 10000undump 1unfix 1
write_data NbTiZrMoV_min.data

# Energy Equilibrationreset_timestep 0timestep ${TS}
#Heated to 300Kvelocity all create 0.1 123456 dist gaussianfix 1 all npt temp 0.1 ${T} 0.1 iso 0.0 0.0 1.0thermo 10000thermo_style custom step temp etotal press vol
dump 1 all atom 100000 Alloy-Heat.lammpstrjrun ${HS}undump 1unfix 1
#Relax at 300Kfix 2 all npt temp ${T} ${T} 0.1 iso 0.0 0.0 1.0dump 2 all atom 100000 Alloy-Relax.lammpstrjrun ${RS}undump 2unfix 2
write_data NbTiZrMoV_equi_300.data
# ------------------------ UNIAXIAL TENSILE DEFORMATION ------------------------------
reset_timestep 0
#Deform along x axisvariable NoAtom equal "count(all)"variable xmin equal xlovariable xmax equal xhivariable ymin equal ylovariable ymax equal yhivariable zmin equal zlovariable zmax equal zhivariable lx equal ${xmax}-${xmin}variable ly equal ${ymax}-${ymin}variable lz equal ${zmax}-${zmin}variable avol equal ${lx}*${ly}*${lz}/${NoAtom}
compute s all stress/atom NULLcompute avexx all reduce ave c_s[1]compute aveyy all reduce ave c_s[2]compute avezz all reduce ave c_s[3]compute avexy all reduce ave c_s[4]compute avexz all reduce ave c_s[5]compute aveyz all reduce ave c_s[6]variable stressfactor equal 0.1/v_avol/1000
variable s1 equal c_avexx*v_stressfactorfix sxx all ave/time 1 10000 10000 v_s1 file stress-curve-xx.txtvariable s2 equal c_aveyy*v_stressfactorfix syy all ave/time 1 10000 10000 v_s2 file stress-curve-yy.txtvariable s3 equal c_avezz*v_stressfactorfix szz all ave/time 1 10000 10000 v_s3 file stress-curve-zz.txtvariable s4 equal c_avexy*v_stressfactorfix sxy all ave/time 1 10000 10000 v_s4 file stress-curve-xy.txtvariable s5 equal c_avexz*v_stressfactorfix sxz all ave/time 1 10000 10000 v_s5 file stress-curve-xz.txtvariable s6 equal c_aveyz*v_stressfactorfix syz all ave/time 1 10000 10000 v_s6 file stress-curve-yz.txt
variable asxx atom c_s[1]*v_stressfactorfix asxx all ave/atom 1 10000 10000 v_asxxvariable asyy atom c_s[2]*v_stressfactorfix asyy all ave/atom 1 10000 10000 v_asyyvariable aszz atom c_s[3]*v_stressfactorfix aszz all ave/atom 1 10000 10000 v_aszzvariable asxy atom c_s[4]*v_stressfactorfix asxy all ave/atom 1 10000 10000 v_asxyvariable asxz atom c_s[5]*v_stressfactorfix asxz all ave/atom 1 10000 10000 v_asxzvariable asyz atom c_s[6]*v_stressfactorfix asyz all ave/atom 1 10000 10000 v_asyz
# Storing Initial lengthvariable tmp equal "lx"variable L0 equal ${tmp}print "Initial Length, L0: ${L0}"
# ------------------------ DEFORMATION ------------------------------fix 1 all nvt temp ${T} ${T} 0.1 drag 1fix 2 all deform 1 x erate ${SR} units box remap x
# Output strain and stress info to file# for units metal, pressure is in [bars] = 100 [kPa] = 1/10000 [GPa]# p2, p3, p4 are in GPavariable strain equal "(lx - v_L0)/v_L0"variable p1 equal "v_strain"variable p2 equal "-pxx/10000"variable p3 equal "-pyy/10000"variable p4 equal "-pzz/10000"
# ------------------------ PRINTING DATA ------------------------------
# Display thermothermo 1000thermo_style custom step v_p1 v_p2 v_p3 v_p4 temp press vol pe ke etotal
#dump_modify dump 1 all custom 1000 dump.tensile id type x y z c_centrosym c_stress[1] c_stress[2] c_stress[3] c_stress[4] c_stress[5] c_stress[6]
run ${DS}
# ------------------------ SIMULATION DONE ------------------------------print "Simulation Complete!"

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文章题目:

Effect of alloying element content, temperature, and strain rate on the mechanical behavior of NbTiZrMoV high entropy alloy: A molecular dynamics study


文章链接:

https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.110071



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