用户工具

站点工具


adf:stress_reaxff

案例:环氧聚合物的力学性质(杨氏模量、屈服点、泊松比)

要求软件版本号≥ADF2017。

参考文献

参数设置

ADFinput > File > Import Coordinates,读取下载下来的分子结构。View > Axises,检查XYZ坐标系原点是否是Cell的顶点,这不影响模拟,但会使得使用Movie查看分子运动动画的时候更方便。坐标轴如果是下面左图的情况,应该通过Edit > Crystal > Map (0..1),转换为右图的情况:

基本参数设置

其中:

  • 压强的Damping constant时间比一般要长,使得体系的残余应力得到有效释放。
  • Stress energy/Stress两个选项的含义:
    • Stress energy: the stress times volume value per atom Sαβ is calculated as a sum of the per-atom virial and the kinetic energy term: Sαβ=mvαvβ + Fαrβ.
    • Stress: the result is equal to Sαβ/V, where V is atomic volume calculated using the Voronoi partitioning scheme.

拉伸速率设置

Details → Molecular Dynamics:

这里设置a方向固定,实际上是指,我们要精确控制Cell的a方向尺寸,不允许它根据受力情况而变化,这样bc方向的尺寸就会根据受力而自然地有所变化。

因为我们不关心原子运动的细节,因此不需要每隔50步保存一次原子运动轨迹(那样会生成的轨迹文件*.rxkf会非常庞大),这里设置为2000步保存一次轨迹;同时也不需要输出能量温度信息到工作文件夹内,因此该项设置为1000000,实际上可以设置得更大也可以,不影响我们需要计算的功能。

然后我们来计算拉伸的速率:

首先我们看看Cell的A方向尺寸:

可以看到a=37.59792995Å

文献中1ns时间内,拉伸了20%,因此,每fs拉伸:37.59792995Å*20% ns -1/106=7.52⋅10−6Å/fs

每step=0.25fs,因此每step变化率为:7.52⋅10−6/4=0.0000019Å,因此设置如下:

保存任务(例如命名为tetra_strain_a)并运行。

结果分析

用户需要一个python脚本(stress_strain_curve.py)来自动分析结果。点击下载该脚本,并将其保存到*.rxkf所在的文件夹内。然后在命令行中,进入该文件夹,在ADF环境变量生效的前提下(双击运行adf201*.*/adf_command_line.bat打开命令行输入sh或bash回车,之后就可以像Linux一样使用脚本了,并且AMS的环境变量已经自动生效了),执行:

$ADFBIN/startpython stress_strain_curve.py tetra_strain_a.rxkf

正常结束,将生成文件stress-strain-curve.csv,这个文件可以用Excel打开:

# strain_x, strain_y, strain_z, stress_xx, stress_yy, stress_zz
0.0001 -0.0012 0.0016 -0.0126 0.0107 -0.0142
0.0002 0.0003 0.0025 ...

使用这些数据,可以做出曲线。下图是y方向应力曲线(纵坐标为Stress_yy,横坐标为Stain_y),:

从这一个小的拉伸范围,线性拟合出的斜率得到杨氏模量为6.10GPa。屈服点(平坦蓝线线性拟合得到粗红线,0.2%平移后与蓝线的交叉点)的坐标(0.03,0.20)

泊松比(Poisson’s ratio,横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值,也叫横向变形系数,它是反映材料横向变形的弹性常数),本例中可以用第二列数据(也即是strain_y)作为横坐标,第一、三列(strain_x、strain_z)作为纵坐标,得到:

adf/stress_reaxff.txt · 最后更改: 2020/02/27 17:26 由 liu.jun

© 2014-2020 费米科技(京ICP备14023855号