本发明属于分子动力学仿真，尤其涉及一种构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学方法及系统。
背景技术：
1、nico合金作为应用最为广泛特种高温合金之一，在航空航天、国防建设以及工业生产制造等方面具有重要的应用价值，大多数金属及合金材料都是多晶结构，当材料的平均晶粒尺寸达到1-100nm时，材料的强硬度就会提升数倍，因此研究纳米多晶结构nico合金对于高强高塑性先进合金的应用具有重要的意义。纳米多晶结构合金中存在着大量的界面，包括晶界和孪晶界面等。孪晶界作为一种稳定低能的特殊界面，对金属及合金具有极其优异的强化增韧效果，金属及合金中引入纳米孪晶结构还能提高材料的热稳定性等，在纳米多晶合金中引入孪晶结构可以获得具有“强度-塑性”协同效应的高性能耐热材料。设计具有纳米孪晶结构金属及合金已经成为一种成熟有效的强化策略。然而，传统方式所设计的纳米孪晶结构nico合金的性能已经逐渐滞后，传统的纳米孪晶结构金属及合金的机械性能已经无法满足快速发展的科学技术下对材料性能的要求，因此迫切的需要设计一种梯度纳米孪晶结构以实现对合金性能的进一步提升。
2、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
3、传统方式所设计的纳米孪晶结构nico合金的力学性能已经逐渐滞后于科技的发展，传统的纳米孪晶结构金属及合金已经无法满足高端制造领域对材料性能的要求，因此迫切的需要设计一种新型的纳米孪晶结构合金，使其具有更高强度、塑性以及热稳定性。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学方法及系统。
2、本发明是这样实现的，一种构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学方法，包括：
3、步骤一，建立纳米孪晶结构ni晶胞；
4、步骤二，建立纳米孪晶结构多晶nico合金结构模型；
5、步骤三，编写lammps运行in文件；
6、步骤四，确立势函数并设置周期性边界条件；
7、步骤五，共轭梯度混合最速下降法弛豫模型，获得稳定结构；
8、步骤六，使用ovito进行可视化处理。
9、进一步，所述纳米孪晶为低能界面。
10、进一步，所述步骤一中构建的模型尺寸大小为模型中共包含36个原子。
11、进一步，所述步骤一中构建的晶胞x,y,z方向的取向分别为[11-2],[111],[-110]。
12、进一步，所述步骤一中需要多次建立模型尺寸大小为的纳米孪晶结构晶体，每一次建立的结构中的孪晶间距发生了变化，从1.5nm变化到3.0nm，当这些不同的纳米孪晶晶体结构盒子沿着某一方向merge起来之后，就形成了具有新型梯度纳米孪晶结构模型的合金。
13、进一步，所述步骤一中对于建立模型尺寸大小为的纳米孪晶结构晶体时，需要编写atomsk软件建立多晶模型时的poly.txt文件，之后的文件需要和第一次建模时所用的poly.txt文件中的晶粒个数保持一致。
14、本发明的另一目的在于提供一种构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学系统，所述构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学系统包括：
15、模型建立模块，用于建立纳米孪晶结构晶胞以及纳米孪晶结构多晶nico合金结构模型；
16、模型处理模块，用于弛豫模型，获得稳定结构；
17、可视化模块，用于进行可视化处理。
18、本发明的另一目的在于提供一种用于分子动力学模拟的系统，用于构建梯度纳米孪晶结构多晶合金，包括以下模块：
19、晶体建模模块，用于建立尺寸的纳米孪晶结构晶胞，包含多个晶粒及大量原子；
20、模拟配置模块，用于编写lammps软件的运行in文件，设置势函数和周期性边界条件；
21、弛豫处理模块，应用共轭梯度与最速下降法混合技术进行模型弛豫，以获得稳定结构；
22、可视化处理模块，利用ovito软件对模型进行可视化处理，以便分析和解释模拟结果。
23、晶体建模模块构建的纳米孪晶结构为低能界面，并且具有特定的晶向取向，以确保模型的物理特性与实际材料一致。
24、晶体建模模块能够多次建立具有不同孪晶间距的纳米孪晶结构晶体，从而创建出具有梯度纳米孪晶结构的多晶合金模型。
25、晶体建模模块包括使用atomsk软件编写的多晶模型所需的polycrystal.txt文件管理功能，确保每次建模时所用文件中的晶粒个数保持一致，以维持模型的结构连续性和一致性。
26、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
27、第一、本发明建立的梯度纳米孪晶nico合金，利用分子动力学的计算方法模拟拉伸过程。研究发现中间为粗晶粒两侧为细晶粒的梯度纳米孪晶结构主要依靠位错滑移实现变形，shockley不全位错是主要的贡献者；该结构表现为孪晶界的hall-petch现象，孪晶界增加，抗拉强度逐渐增加。而中间为细晶粒两侧为粗晶粒的梯度纳米孪晶结构主要通过晶界滑移或迁移实现变形，变形过程中出现了晶粒合并导致晶界原子有所减少；该结构表现为孪晶界的反hall-petch效应，孪晶界含量增加，抗拉强度减小。变形过程中的堆垛层错源来自晶界和缺陷孪晶界，位错作为先导滑过完美晶体使得堆垛层错增殖以及isf向esf转变。
28、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
29、梯度结构被发现可以使材料的强度提升几倍甚至十几倍，被广泛用于工程实践中，但强度提升的同时会牺牲塑性。纳米孪晶不仅可以提高强度还可以保持一定的塑性，因此研究梯度纳米孪晶结构有着非常重要的意义。本发明建立的新型梯度纳米孪晶结构预期可以实现纳米多晶金属及合金机械性能的进一步提升，主要体现在强度、塑性以及热稳定性等性能的优化。为梯度结构纳米晶合金材料的强化提供了一种新的思路，对研究梯度结构纳米晶金属及合金具有积极的意义。
30、第三，本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：
31、孪晶界作为一种稳定低能的特殊界面，对金属及合金具有极其优异的强化增韧效果，金属及合金中引入纳米孪晶结构还能提高材料的热稳定性等，在纳米多晶合金中引入孪晶结构可以获得具有“强度-塑性”协同效应的高性能耐热材料。设计具有纳米孪晶结构金属及合金已经成为一种成熟有效的强化策略。本发明所设计的梯度纳米孪晶结构不仅对纳米金属及合金产生孪晶强化，还能通过所设计的梯度结构对材料形成二次强化作用，从而形成孪晶强化和梯度强化的耦合，本技术发明方案实现了梯度结构纳米材料及孪晶结构纳米材料的二次强化，可以成功解决目前纳米金属及合金材料强度无法进一步提升的难题。
32、第四，本发明提供的使用分子动力学模拟来构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的详细方法。以下是每一步的主要内容和目的，以及它们能带来的技术进步：
33、步骤一：建立纳米孪晶结构晶胞；
34、创建一个具有特定晶体取向和尺寸的纳米孪晶结构的初始模型。
35、确定合金在特定晶向上的性能，为优化材料性能提供基础。
36、步骤二：建立纳米孪晶结构多晶nico合金结构模型；
37、目的：在模拟中引入合金元素，建立实际合金结构的模型。
38、技术进步：模拟真实材料系统，以预测合金的宏观性能。
39、步骤三：编写lammps运行in文件；
40、准备lammps软件的输入文件，包含模拟的所有参数和指令。
41、实现精确的模拟控制，确保结果的准确性和可重复性。
42、步骤四：确立势函数并设置周期性边界条件；
43、选择合适的势函数来描述原子间相互作用，并应用周期性边界条件以模拟无限大体系。
44、精确模拟材料内部的相互作用，预测材料在不同条件下的行为。
45、步骤五：共轭梯度混合最速下降法弛豫模型，获得稳定结构；
46、通过能量最小化来找到系统的最低能量状态，即稳定的结构。
47、能够预测在不同工况下材料的稳定结构，为材料设计和制备提供理论指导。
48、步骤六：使用ovito进行可视化处理；
49、对模拟结果进行可视化，便于分析和理解。
50、直观展示模拟结果，帮助研究者更好地理解材料的微观结构和性能。
51、本发明提出纳米孪晶为低能界面，这意味着孪晶界面的能量较低，有利于材料稳定性和力学性能。
52、本发明给出了具体的模型尺寸和原子数量，这有助于确保模拟的准确性。
53、本发明详细描述了晶胞的取向，这对于影响材料的各向异性特性至关重要。
54、通过本发明提供的方法，可以在分子层面上精确构建和模拟具有特定晶体取向和组成的纳米孪晶结构多晶合金。这样的模拟有助于理解合金的微观结构和宏观性能之间的关系，并预测材料在实际应用中的表现，为材料的设计和优化提供了有力的理论支持。
1.一种构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学方法，其特征在于，所述纳米孪晶为低能界面。
3.根据权利要求1所述的构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学方法，其特征在于，所述步骤一中构建的模型尺寸大小为模型中共包含36个原子。
4.根据权利要求1所述的构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学方法，其特征在于，所述步骤一中构建的晶胞x,y,z方向的取向分别为[11-2],[111],[-110]。
5.根据权利要求1所述的构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学方法，其特征在于，所述步骤一中需要多次建立模型尺寸大小为的纳米孪晶结构晶体，每一次建立的结构中的孪晶间距发生了变化，从1.5nm变化到3.0nm，当这些不同的纳米孪晶晶体结构盒子沿着某一方向merge起来之后，就形成了具有新型梯度纳米孪晶结构模型的合金。
6.根据权利要求1所述的构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学方法，其特征在于，所述步骤一中对于建立模型尺寸大小为的纳米孪晶结构晶体时，需要编写atomsk软件建立多晶模型时的polycrystal.txt文件，之后的文件需要和第一次建模时所用的polycrystal.txt文件中的晶粒个数保持一致。
7.一种实施如权利要求1-6任意一项所述构建梯度纳米孪晶结构多晶合金的分子动力学系统，用于构建梯度纳米孪晶结构多晶合金，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述系统，其特征在于，晶体建模模块构建的纳米孪晶结构为低能界面，并且具有特定的晶向取向，以确保模型的物理特性与实际材料一致。
9.根据权利要求7所述系统，其特征在于，晶体建模模块能够多次建立具有不同孪晶间距的纳米孪晶结构晶体，从而创建出具有梯度纳米孪晶结构的多晶合金模型。
10.根据权利要求7所述系统，其特征在于，晶体建模模块包括使用atomsk软件编写的多晶模型所需的polycrystal.txt文件管理功能，确保每次建模时所用文件中的晶粒个数保持一致，以维持模型的结构连续性和一致性。
