基于lammps的工件-轧辊组合模型轧制过程模拟

本文介绍如何从构建工件-轧辊组合模型，然后在不同的温度(中高温(300k以上)、常温(300k)和低温(77k)模拟工件被轧制的过程。

建立组合的模型的具体in文件如下：

1、首先,采用atomsk平台建立FCC结构的NiCrCo多晶结构。如下图：

aotmsk –create fcc 3.56 Ni Ni.xsf

polycrystal.txt脚本内容如下:

box 300 200 150

random 16

atomsk –polycrystal Ni.xsf polycrystal.txt Ni.cfg

atomsk Ni.cfg lmp

将创建的模型转换成lammps可以识别的文件格式

开始用lammps建立三元多晶模型之前，先修改Ni,lmp的文件内容：

采用in文件建立NiCrCo三元FCC晶体结构的多晶模型，in文件如下：

###定义变量

variable         a equal 1.0

##初始环境设置

units                metal

atom_style           atomic

timestep             0.001

boundary             p p p

##读取初始原子模型

read_data      Ni.lmp

##建立原子模型

set                 type 1 type/subset 2 259322 123456  #Cr

set                 type 1 type/subset 3 259322 123456  #Co

##建立势函数

pair_style         eam/alloy

pair_coeff         * * NiCoCr.lammps.eam Ni Cr Co

##输出原子模型

write_data         NiCrCo.data

以上生成了NiCrCo.data多晶原子原子模型

2、建立轧辊原子模型具体in文件如下：

##设置变量##

variable        a equal 1.0 ##定义原子模型截断半径

###初始化设置

units         metal

boundary      p p p

atom_style    atomic

##创建轧辊原子模型

lattice          fcc 3.60

region         box block 0 494.44 0 55.56 0 150  units lattice

create_box   1 box

create_atoms  1 box

region         rollera cylinder y 158.33 19.44 19.44 EDGE EDGE units lattice

region         rollerb cylinder y 158.33 96.67 19.44 EDGE EDGE units lattice

region         rollerc cylinder y 316.67 92.5 19.44 EDGE EDGE units lattice

region         rollerd cylinder y 316.67 23.61 19.44 EDGE EDGE units lattice

##对刚性棍子进行分组

group  rollera region rollera

group  rollerb region rollerb

group  rollerc  region rollerc

group rollerd region rollerd

group roller union rollera rollerb rollerc rollerd

group mobile subtract all roller

###删除除轧辊之外的其他剩余原子

delete_atoms    group mobile

##定义原子组的元素类型

#set    group roller type 2

#set    group mobile type 3

##定义原子质量

mass   1    69 # C

##原子之间的相互作用势

pair_style       morse  9.0235

pair_coeff      1 1 0.3854 1.2718 2.8178

write_data roller.data

最后，我们，采用in文件对上述两个原型进行组合

##定义变量##

variable        a equal 1.0 ##定义原子模型截断半径

variable        T_start equal 300

variable        T_end equal   300

##模拟环境初始化##

units          metal

atom_style     atomic

boundary       p p p

neigh_modify  delay 0 every 1 check yes

##读300k保温后的原子模型

read_data       NiCrCo.data(1) extra/atom/types 1   ##表示在Ni、Cr和Co原子的基础上增加C原子

##轧辊原子模型的读取

read_data      roller.data add append offset 1 0 0 0 0 shift 0.0 0.0 -134

###定于原子质量

mass   1    58.69 # Ni

mass   2    52     # Cr

mass   3    58.93  # Co

mass   4     69    # C

write_data     C_NiCrCo.data

##定义相互作用势##

#pair_style       eam/alloy

#pair_coeff       * * NiCoCr.lammps.eam Ni Cr Co

###采用共轭梯度法对原子模型进行能量最小化

#min_style        cg

#minimize         1.0e-12 1.0e-12 10000 10000

##赋予初始速度

#velocity       all create ${T_start} 12345 mom yes rot no dist gaussian

#输出原子热力学信息和位置

#thermo           100

#thermo_style     custom step lx ly lz press pxx pyy pzz pe temp vol dt time

#dump                1 all custom 1000 NiCrCo.xyz id type x y z

##设置NPT弛豫环境

#fix                  2 all npt temp  ${T_start} ${T_end} 0.05 iso 0 0 1

##设置运行时间

#timestep         0.001

#run                 1000000

###输出原子模型

#write_data       NiCrCo.data(1)

模型建立好之后，我们对该组合进行轧制模拟，模拟过程的最终效果如下：

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320科技工作室