[发明专利]一种螺型位错四叉立体原子结构的建模方法

摘要

本发明公开了一种螺型位错四叉立体原子结构的建模方法。该方法的主要内容包括，在给定包含晶体模型原子结构信息的文件的前提下，根据拟构建的螺型位错四叉立体原子结构各位错的Burgers矢量和分叉位置的要求，利用C/C++语言提取文件中的晶体模型原子结构信息，自动计算出包含符合要求的螺型位错四叉立体原子结构的晶体模型的原子坐标，然后按分子动力学软件能识别的文件格式输出数据到文件。本发明可方便快捷地在晶体内部指定位置直接构建指定位向和组态的一个或多个螺型位错四叉立体原子结构，为分子动力学及其它计算机仿真技术对螺型位错四叉立体原子结构及螺型位错间的反应行为的精准研究创造了有利条件。

主权项

1.一种螺型位错四叉立体原子结构的建模方法，其特征在于该方法在给定包含晶体模型的原子结构信息的文件的前提下，根据拟构建螺型位错四叉立体原子结构各位错的Burgers矢量和分叉位置的要求，使用编程语言提取文件中晶体模型的原子结构信息，自动计算出包含符合要求的螺型位错四叉立体原子结构的晶体模型的原子坐标，然后按分子动力学软件能识别的文件格式输出文件，主要步骤如下：步骤一：准备包含晶体模型原子结构信息的文件；步骤二：使用编程语言提取上述文件中的原子结构信息，设拟构建的螺型位错四叉立体原子结构的分叉点P的坐标为(xp yp zp)，四条位错的Burgers矢量分别为[u1v1w1]a、[u2v2w2]a、[u3v3w3]a和[u4v4w4]a，[u1v1w1]a + [u2v2w2]a + [u3v3w3]a = [u4v4w4]a，a为晶格常数，将坐标系原点移动到点P处，旋转坐标系，使x轴的正向与[u1v1w1]方向一致，y轴垂直于[u1v1w1]和[u4v4w4]，z轴由x轴和y轴的矢量叉乘运算得到，然后计算晶体模型内所有原子在新坐标系中的坐标值；步骤三：设位错周围晶格扭曲较明显的区域在y和z方向的范围为以位错中心为圆心的直径为2r0的圆；为构建螺型位错四叉立体原子结构，晶体模型内的原子要进行相应的位移，本方法根据螺型位错四叉立体结构周围原子分布的特点，提出三步位移法，首先计算第一步位移，设原子在x方向的位移为q1，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：h1=v1 w4 ‑ w1 v4，k1=w1 u4 ‑ u1 w4，l1=u1 v4 ‑ v1 u4，z1=v1 l1 ‑ w1 k1，z2=w1 h1 ‑ u1 l1，z3=u1 k1 ‑ v1 h1，d1=a (u12+v12+w12)1/2，b1=(u4 z1+v4 z2+w4 z3) (u12+v12+w12)1/2/((u4 u1+v4 v1+w4 w1) (z12+z22+z32)1/2);当x≤0时，z’=z，当x>0时，z’= z ‑ b1 x，r= (y2+z’2)1/2;当r=0时，θ= 0，当r≠0且y≥0时，θ= acos(z’/r)，当r≠0且y<0时，θ=π+ asin(‑z’/r)，当r≤r0时，q1 = d1θ(r / r0) / (2π)，当r>r0时，q1 = d1θ/ (2π)；步骤四：根据上面计算得到的每个原子的位移值q1，计算晶体模型内所有原子位移后的坐标值；步骤五：旋转坐标系，使x轴的正向与[u2v2w2]方向一致，y轴垂直于[u2v2w2]和[u4v4w4]，z轴由x轴和y轴的矢量叉乘运算得到，计算晶体模型内所有原子在新坐标系中的坐标值；步骤六：计算第二步位移，设在新坐标系中原子在x方向的位移为q2，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：h2=v2 w4 ‑ w2 v4，k2=w2 u4 ‑ u2 w4，l2=u2 v4 ‑ v2 u4，z1=v2 l2 ‑ w2 k2，z2=w2 h2 ‑ u2 l2，z3=u2 k2 ‑ v2 h2，d2=a (u22+v22+w22)1/2，b2=(u4 z1+v4 z2+w4 z3) (u22+v22+w22)1/2/((u4 u2+v4 v2+w4 w2) (z12+z22+z32)1/2)，当x≤0时，z’=z，当x>0时，z’= z ‑ b2 x，r= (y2+z’2)1/2;当r=0时，θ= 0，当r≠0且y≥0时，θ= acos(z’/r)，当r≠0且y<0时，θ=π+ asin(‑z’/r)，当r≤r0时，q2 = d2θ(r / r0) / (2π)，当r>r0时，q2 = d2θ/ (2π)；步骤七：根据上面计算得到的每个原子的位移值q2，计算晶体模型内所有原子位移后的坐标值；步骤八：旋转坐标系，使x轴的正向与[u3v3w3]方向一致，y轴垂直于[u3v3w3]和[u4v4w4]，z轴由x轴和y轴的矢量叉乘运算得到，计算晶体模型内所有原子在新坐标系中的坐标值；步骤九：计算第三步位移，设在新坐标系中原子在x方向的位移为q3，y方向和z方向不发生位移，计算公式如下：h3=v3 w4 ‑ w3 v4，k3=w3 u4 ‑ u3 w4，l3=u3 v4 ‑ v3 u4，z1=v3 l3 ‑ w3 k3，z2=w3 h3 ‑ u3 l3，z3=u3 k3 ‑ v3 h3，d3=a (u32+v32+w32)1/2，b3=(u4 z1+v4 z2+w4 z3) (u32+v32+w32)1/2/((u4 u3+v4 v3+w4 w3) (z12+z22+z32)1/2)，当x≤0时，z’=z，当x>0时，z’= z ‑ b3 x，r= (y2+z’2)1/2，当r=0时，θ= 0，当r≠0且y≥0时，θ= acos(z’/r)，当r≠0且y<0时，θ=π+ asin(‑z’/r)，当r≤r0时，q3 = d3θ(r / r0) / (2π)，当r>r0时，q3 = d3θ/ (2π)；步骤十：根据上面计算得到的每个原子的位移值q3，计算晶体模型内所有原子位移后的坐标值，由此构建出在指定位置分叉的位向和组态符合要求的螺型位错四叉立体原子结构；步骤十一：按照步骤二、步骤五和步骤八的逆向移动坐标系，使坐标系恢复成原来的位向；步骤十二：按分子动力学软件能识别的格式输出数据到文件。