根据弹性常数计算和三维可视化材料力学量

本文共有4085个字，关键词：力学模量

首先利用VASPKIT-204命令得到体弹性模量、杨氏模量、剪切模量及泊松比随角度的依赖关系，具体算法可参考文献【J. Phys. Condens. Matter, 28, 275201 (2016)和Comput. Phys. Commun. 181, 2102–2115 (2010)】。接下来我们以某单斜体系的弹性常数为例来演示如何进行材料力学量三维可视化。

第一步新建ELASTIC_TENSOR.in并输入6x6弹性常数矩阵，注意第一行是注释行不可省略。如果是二维体系，则输入文件为ELASTIC_TENSOR_2D.in，注意二维体系弹性常数矩阵大小为3x3。

# comment line (in GPa)
    228.38   85.741   81.503        0   -0.737        0
    85.741   217.47   94.201        0  -20.213        0
    81.503   94.201   178.81        0   -9.472        0
         0        0        0   35.094        0  -17.851
    -0.737  -20.213   -9.472        0   37.778        0
         0        0        0  -17.851        0   42.708

第二步运行VASPKIT 204命令得到MECHANICS_3D.dat

------------>>
204
 +-------------------------- Warm Tips --------------------------+
  See an example in vaspkit/examples/angular_dependent_mechanics.
 +---------------------------------------------------------------+
  -->> (01) Reading Elastic-Tensor From ELASTIC_TENSOR.in File...

 Stiffness Tensor C_ij (in GPa):
    228.380     85.741     81.503      0.000     -0.737      0.000
     85.741    217.470     94.201      0.000    -20.213      0.000
     81.503     94.201    178.810      0.000     -9.472      0.000
      0.000      0.000      0.000     35.094      0.000    -17.851
     -0.737    -20.213     -9.472      0.000     37.778      0.000
      0.000      0.000      0.000    -17.851      0.000     42.708

 Compliance Tensor S_ij (in GPa^{-1}):
   0.005594  -0.001532  -0.001804   0.000000  -0.001163   0.000000
  -0.001532   0.006607  -0.002632   0.000000   0.002845   0.000000
  -0.001804  -0.002632   0.007829   0.000000   0.000520   0.000000
   0.000000   0.000000   0.000000   0.036189   0.000000   0.015126
  -0.001163   0.002845   0.000520   0.000000   0.028100   0.000000
   0.000000   0.000000   0.000000   0.015126   0.000000   0.029737
 +---------------------------------------------------------------+
  -->> (02) Written MECHANICS_3D.dat File!

打开MECHANICS_3D.dat可看到第一行给出了每一列数据所代表的物理量，第二行给出了球坐标系下分别划分仰角\theta \in[0, 180]和方位角\phi \in[0, 360]的格点大小。

     #Theta        Phi      Bulk        Young      Shear_min   Shear_max  Poisson_min  Poisson_max Compressibility
     #Grid size:  181  361
     0.00000     0.00000    98.24107   127.73352    27.63268    35.58671     0.23047     0.33613     0.00339
     0.00000     1.00000    98.24107   127.73352    27.63268    35.58671     0.23047     0.33613     0.00339
     0.00000     2.00000    98.24107   127.73352    27.63268    35.58671     0.23047     0.33613     0.00339
     0.00000     3.00000    98.24107   127.73352    27.63268    35.58671     0.23047     0.33613     0.00339

第三步从vaspkit/examples/angular_dependent_mechanics (VASPKIT ver. >= 1.3.2)文件夹中拷贝mechanics_3d_plot_matlab.m到当前目录，调用Matlab软件运行该脚本，得到以下信息

 ======================= Plot Options ===========================
 1) Bulk Modulus
 2) Young's Modulus
 3) Shear Modulus (minimum)
 4) Shear Modulus (maximum)
 5) Poisson's ratio (minimum)
 6) Poisson's ratio (maximum)
 7) Linear Compressibility
 Which mechanical quantity do you want to plot? 2

如果我们想可视化杨氏模量，则输入2回车即可得到。

另外，以下两个软件也可以实现材料力学量三维可视化。

  1. Elate
  2. ElasticPOST

最后，特别感谢廖名情博士和刘忠利教授的建议和讨论。

如果您使用VASPKIT，请记得引用哦。

V. Wang, N. Xu, J.-C. Liu, G. Tang, W.-T. Geng, VASPKIT: A User-Friendly Interface Facilitating High-Throughput Computing and Analysis Using VASP Code, Computer Physics Communications 267, 108033, (2021), https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108033

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已有 10 条评论
  1. 名镜mk:

    第二步运行VASPKIT 204命令得到MECHANICS_3D.dat时，提示“Input the Miller Index (hkl, e.g. 1 0 0)”是什么情况？
    2022年04月19日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @名镜mk

      同时可输出指定二维截面（输入米勒指数）的力学各向异性。
      2022年04月20日 | 回复
      1. 名镜mk: 回复 @VASPKIT

        好的，知道了，感谢(!)[zface_3.png]
        2022年05月04日 | 回复
      2. 名镜mk: 回复 @VASPKIT

        您好，提示“Input the Miller Index (hkl, e.g. 1 0 0)”了之后输入了指定的二维截面的米勒指数（例如1 1 0）之后得到了MECHANICS_2D_110.dat，但是好像没有画二维图的程序诶，把仅有的mechanics_3d_plot_matlab.m文件中的输入文件由MECHANICS_3D.dat改为MECHANICS_2D_110.dat后画出来的也不是二维图，所以是不是无法直接画出二维投影图？
        2022年05月17日 | 回复
        1. VASPKIT: 回复 @名镜mk

          mechanics_3d_plot_matlab.m是画三维数据的脚本，MECHANICS_2D_110.dat需自行写代码画图。
          2022年10月25日 | 回复
  2. 123:

    请问二维材料在第二部报错应该怎么办？是不是二维的画不出各向异性的图呢
    2022年10月21日 | 回复
    1. VASPKIT: 回复 @123

      出现什么错误？可通过bbs.vaspkit.cn交流。
      2022年10月25日 | 回复
  3. 小茂:

    麻烦问一下第三步怎么调用Matlab函数？？
    2022年11月28日 | 回复
    1. xxixx: 回复 @小茂

      你得先安装好matlab工具，然后将那个.m的文件放到文件夹下，调用matlab命令，查看。我用了alias把matlab命令放到环境变量了，alias matlab="matlab -nodesktop -nosplash -logfile `date +%Y_%m_%d-%H_%M_%S`.log -r"，可以给你参考。
      2022年12月03日 | 回复
    2. xxixx: 回复 @小茂

      matlab需要有版权，你自己想办法下载吧。
      2022年12月03日 | 回复