本发明涉及熵合金的数值模拟建模研究领域，具体涉及一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法。
背景技术：
1、随着航天技术的发展，新一代液体火箭发动机提出了大推力、高比冲、高性能、可重复使用的目标，要求材料承受更低的温度和更严酷的载荷。金属材料需要在更加严酷的环境中服役，传统材料的性能已趋极限，亟需颠覆性的设计理念。熵合金是指的是由多种近摩尔比的元素组成的新型合金材料。因其卓越的高强度、高硬度、优异的耐蚀性以及出色的高温性能，在航空航天、汽车、能源及生物医学等领域展现了巨大的应用潜力。然而，目前熵合金的研究主要集中在合金的合成和基本性能表征上，缺乏对其微观结构与性能之间关系的深入理解。因此，建立一种有效的熵合金建模方法为熵合金的设计与优化提供理论指导和计算支持具有重要意义。
技术实现思路
1、基于现有技术存在的问题，本技术提出了一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法，通过构建金属团簇，再随机替换团簇中的元素获得熵合金团簇，再通过蒙特卡洛模拟获得稳定的熵合金结构，得到快速、高效、准确地构建稳定熵合金结构的方法，为后续熵合金体系研究提供了模型基础，对熵合金的研究有重要的科学意义，解决了现有技术中存在的技术问题。
2、本技术中所使用到的英文技术术语的中文含义如下：
3、1、ase：原子模拟环境
4、2、lammps：大规模原子分子并行模拟器
5、3、fcc：面心立方晶格
6、4、bcc：体心立方晶格
7、5、hcp：密排六方晶格
8、6、python：蟒蛇，一种计算机编程语言
9、7、octahedron：八面体
10、8、cutoff：八面体上每个顶点的切割层数
11、9、length：完整正八面体正方形边缘上的原子数
12、10、mc：蒙特卡洛模拟
13、本发明通过下述技术方案实现：一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法，具体步骤如下：
14、步骤一、根据研究需求确定所需构建的熵合金团簇的元素类型和元素摩尔比；元素类型和摩尔比取决于需要研究的体系。元素的晶格信息包含在ase自带的数据库中，注意fcc，bcc，hcp结构的截断八面体形貌是不同的；
15、步骤二、通过python中的ase构建金属团簇，所述金属团簇由ase的纳米颗粒和团簇模块生成；
16、步骤三、利用lammps软件，基于步骤二中ase构建的金属团簇进行元素随机替换，获得熵合金团簇；
17、步骤四、利用lammps软件，通过蒙特卡罗模拟对步骤三获得的熵合金团簇进行优化，获得稳定的熵合金团簇。
18、本发明通过联合使用ase和lammps软件，首先通过ase构建截断八面体金属团簇，再通过lammps进行元素的随机替换，获得熵合金团簇，再利用lammps进行蒙特卡洛模拟获得稳定的熵合金团簇，得到快速、高效、准确地构建稳定熵合金结构的方法，为后续熵合金体系研究提供了模型基础，对熵合金的研究有重要的科学意义。
19、在步骤一中根据研究需求确定元素类型和元素摩尔比，适用范围宽，泛化能力强。
20、在步骤二中使用ase直接构建截断八面体金属团簇，通过关键词length和cutoff来调节团簇的形貌和大小，提高了建模效率。
21、在步骤三和步骤四中，利用lammps软件基于金属团簇进行元素随机替换和结构优化，得到稳定的熵合金结构，简单、方便且准确。
22、进一步的，步骤二中所述通过python中的ase构建金属团簇，具体方法如下：利用python中的ase包，通过纳米颗粒和团簇模块中的octahedron模块，通过cutoff和length两个关键词控制团簇的形貌和大小，获得截断八面体金属团簇；所述cutoff是指每个顶点的切割层数，所述length是指完整正八面体正方形边缘上的原子数。
23、进一步的，所述通过纳米颗粒和团簇模块中的octahedron模块，通过cutoff和length两个关键词控制团簇的形貌和大小，获得截断八面体金属团簇，具体方法如下：
24、从ase.cluster库中调用octahedron模块，从ase.so库中调用read和write模块，通过atoms＝octahedron('#元素类型1#'#正八面体的每一条棱上的原子数##正八面体每个顶点切割的层数#)规定截断八面体大小，通过代码atoms.center(vacuum＝#真空层厚度#)规定真空层厚度，利用代码write('#输出文件名#.lammps_data',atoms,format＝'lammps-data')将得到的结构输出为.lammps_data文件，将文件第3行1atoms types改成natoms types，n等于熵合金体系元素种类数量。
25、进一步的，步骤三中所述获得熵合金团簇，具体方法如下：利用lammps软件通过read_data命令读取上述.data文件，通过set type/ratio命令设置元素比例，获得规定元素摩尔比的熵合金团簇。
26、进一步的，步骤四中所述获得稳定的熵合金团簇，具体方法如下：利用lammps软件进行蒙特卡洛模拟，利用fix atom/swap命令实现元素的随机替换，所述fix atom/swap命令替换过程遵循metropolis规则；
27、所述metropolis规则是：如果交换后的能量低于交换前的能量，则接受这种交换；如果交换后的能量比交换前的能量高，则接受这种交换的概率按式(1)进行计算:
28、
29、式(1)中，e(i+1)是原子交换后体系的能量，e(i)是原子交换前体系的能量，k是玻尔兹曼常数，t是温度。
30、进一步的，当元素为四种时，所述蒙特卡洛模拟步骤具体包括：
31、s41、进行一个元素1原子和元素2原子的随机替换，执行若干个mc步骤，每一步通过metropolis规则判断是否接受这种替换；
32、s42、进行一个元素1原子和元素3原子的随机替换，执行若干个mc步骤，每一步通过metropolis规则判断是否接受这种替换；
33、s43、进行一个元素1原子和元素4原子的随机替换，执行若干个mc步骤，每一步通过metropolis规则判断是否接受这种替换；
34、s44、进行一个元素2原子和元素3原子的随机替换，执行若干个mc步骤，每一步通过metropolis规则判断是否接受这种替换；
35、s45、进行一个元素2原子和元素4原子的随机替换，执行若干个mc步骤，每一步通过metropolis规则判断是否接受这种替换；
36、s46、进行一个元素3原子和元素4原子的随机替换，执行若干个mc步骤，每一步通过metropolis规则判断是否接受这种替换。
37、进一步的，所述熵合金包括等摩尔比fecomnni熵合金。
38、除了列举的fecomnni熵合金外，其他熵合金也可采用上述方法获得任意摩尔比的熵合金结构。
39、进一步的，蒙特卡洛模拟过程遵循能量最低原理，得到稳定的熵合金结构；所述等摩尔比fecomnni熵合金结构初始能量：-3673.2881ev，优化后能量为：-3722.7885ev。
40、与现有技术相比，本发明具有如下的优点和有益效果：
41、1)本发明提出的熵合金的建模方法，兼顾模型的精度、复杂度和泛化能力，可以应用于不同元素，不同摩尔比的熵合金建模。
42、2)基于本发明的熵合金的建模方法，得到的结构模型揭示了熵合金的原子分布和配位环境，对熵合金的原子结构和催化机理有重要指导意义。
43、3)基于本发明的熵合金结构模型构建方法，通过得到的结构模型进行第一性原理计算或者分子动力学计算来研究熵合金性能，有助于指导实验合金设计，减少资源浪费，有望产生更大的经济效益和社会价值。
1.一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法，其特征在于：步骤二中所述通过python中的ase构建金属团簇，具体方法如下：利用python中的ase包，通过纳米颗粒和团簇模块中的octahedron模块，通过cutoff和length两个关键词控制团簇的形貌和大小，获得截断八面体金属团簇；所述cutoff是指每个顶点的切割层数，所述length是指完整正八面体正方形边缘上的原子数。
3.根据权利要求2所述的一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法，其特征在于：所述通过纳米颗粒和团簇模块中的octahedron模块，通过cutoff和length两个关键词控制团簇的形貌和大小，获得截断八面体金属团簇，具体方法如下：
4.根据权利要求3所述的一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法，其特征在于：步骤三中所述获得熵合金团簇，具体方法如下：利用lammps软件通过read_data命令读取上述.data文件，通过set type/ratio命令设置元素比例，获得规定元素摩尔比的熵合金团簇。
5.根据权利要求1所述的一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法，其特征在于：步骤四中所述获得稳定的熵合金团簇，具体方法如下：利用lammps软件进行蒙特卡洛模拟，利用fix atom/swap命令实现元素的随机替换，所述fix atom/swap命令替换过程遵循metropolis规则；
6.根据权利要求5所述的一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法，其特征在于：当元素为四种时，所述蒙特卡洛模拟步骤具体包括：
7.根据权利要求1-6任一所述的一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法，其特征在于：所述熵合金包括等摩尔比fecomnni熵合金。
8.根据权利要求7所述的一种任意摩尔比熵合金截断八面体结构的建模方法，其特征在于：蒙特卡洛模拟过程遵循能量最低原理，得到稳定的熵合金结构；所述等摩尔比fecomnni熵合金结构初始能量：-3673.2881ev，优化后能量为：-3722.7885ev。
