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龙图腾网获悉北京航空航天大学申请的专利一种长程多体效应和短程角依从作用势模型及构建方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116230100B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-19发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310031225.2，技术领域涉及：G16C10/00；该发明授权一种长程多体效应和短程角依从作用势模型及构建方法是由张瑞丰;药博男设计研发完成，并于2023-01-10向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种长程多体效应和短程角依从作用势模型及构建方法在说明书摘要公布了：本发明提出了一种长程多体效应和短程角依从作用势模型及构建方法，属于材料模拟领域，具体为：首先对各种不同的势函数拟合，从外部输入或者通过第一性原理计算拟合目标数据，作为拟合目标集；对各势函数拟合，根据拟合目标集，准备各自的预测性质计算结构，并计算对应预测性质；使得预测性质的计算结果与各拟合目标保持一致；然后，使用最小二乘法作为代价函数，通过计算预测各关联模型的能量值和各拟合目标偏差的平方和来评估势函数，并为不同拟合目标设置各自的权重因子；最后，设置优化算法，将势函数的计算结果作为拟合目标，采用逐级拟合构建了长程多体效应和短程角依从作用势杂化模型；本发明有效保证高ca比hcp金属的hcp相稳定性。

本发明授权一种长程多体效应和短程角依从作用势模型及构建方法在权利要求书中公布了：1.一种长程多体效应和短程角依从作用势模型，其特征在于，所述势模型表达式为： 其中和分别代表用户从外部输入的包含原子坐标和模型盒结构文件中的原子； 是包含多体效应的长程嵌入能项，采用EAM嵌入能表达式： 其中为中心原子的背景电荷密度，其表达式为 其中为原子和其近邻原子之间的距离；为平滑过渡函数； 、、和为拟合参数，re为用户外部输入的基态结构的第一近邻距离参数； 是包含角依从作用的短程修正项，采用如下表达式： 其中 为用户输入结构中原子和原子之间的距离，为配位键和之间的夹角，、、、和为拟合参数，为平滑过渡函数；为角依从项，采用如下表达式： 其中，、和为拟合参数；所述模型同时适用金属和共价材料体系，其构架过程如下： 首先，针对各种金属元素，金刚石结构元素，以及交叉势函数的拟合，从外部输入或者通过第一性原理计算拟合目标数据，作为拟合目标集； 然后，对各势函数拟合，根据拟合目标集，准备各自的预测性质计算结构，并计算对应预测性质；使得预测性质的计算结果与各拟合目标保持一致； 计算预测性质过程为： 步骤a，将所有预测性质计算结构分别输入分子动力学计算软件并进行松弛，获得各自的晶格常数、能量和应力，使用以下公式计算每个结构的聚合能：； 为每个结构松弛后得到的能量，为该结构内包含的原子数； 步骤b，基于松弛好的基础结构模型，计算弹性常数； 采用公式如下： 其中，和分别为沿着方向施加和应变后，分子动力学计算软件得到盒子应力的分量，=10-5，其中和遍历x、y、z、yz、xz和xy六个方向； 步骤c，针对金属和金刚石结构元素势拟合聚合能最低的结构，通过在其元胞的基础上添加各种晶格和原子变换，构建关联模型； 关联模型具体包含以下： a空位形成能模型：对元胞在x，y，z方向进行3次扩胞，扩胞后删除初始元胞中第一个原子； b层错能模型： 针对基态结构为fcc结构，基于基态结构构建取向为[11-2]、[-110]、[111]方向的单胞，并对z方向进行扩胞6个周期；然后基于z坐标，将z坐标低于z方向半周期的部分固定，另一部分分别沿x轴移动16和13晶格单位，得到不稳定层错和稳定层错能计算模型； 针对基态结构为bcc结构，包括[110]和[112]不稳定层错计算模型；具体为： 基于基态结构构建取向为[111]、[11-2]、[-110]方向的单胞，并对z方向进行扩胞6个周期；然后基于z坐标，将z坐标低于z方向半周期的部分固定，另一部分沿x轴移动12晶格单位，得到[110]不稳定层错计算模型； 基于基态结构构建取向为[111]、[1-10]、[11-2]方向的单胞，对z方向进行扩胞6个周期；然后基于z坐标，将z坐标低于z方向半周期的部分固定，另一部分沿x轴移动16和13晶格单位，得到[112]不稳定层错计算模型； 针对基态结构为hcp结构，基于基态结构构建取向为[-1-120]、[1-100]、[0001]向的单胞，并对z方向进行扩胞6个周期；然后基于z坐标，将z坐标低于z方向半周期的部分固定，另一部分分别沿x轴移动16和13晶格单位，得到不稳定层错和稳定层错能计算模型； 针对基态结构为金刚石结构，基于基态结构构建取向为[11-2]、[-110]、[111]方向的单胞，并对z方向进行扩胞6个周期；然后基于z坐标，将z坐标低于z方向半周期的部分固定，另一部分分别沿x轴移动16晶格单位，得到不全位错不稳定层错能计算模型； c表面形成模型： 基于松弛好的基态结构，构建z方向取向为密排方向的模型，并对z方向进行扩胞10个周期；然后在模型顶部添加厚度为的真空层，作为表面能计算模型； 步骤d，对于各元素势拟合，将所有构建好的关联模型利用分子动力学计算各自的能量； 具体包含如下计算： a固定晶格，只松弛原子，得到弛豫能量后，采用如下公式计算空位形成能： 其中是空位形成能模型的能量，是空位形成能模型包含的原子数，是基态结构的能量，是基态结构的原子数； b固定晶格，原子沿z方向松弛，得到弛豫能量后，采用以下公式计算稳定或不稳定的层错能： 其中是稳定或不稳定层错能模型沿z方向松弛后的能量，为相应模型包含的原子数； c固定晶格，只松弛原子，得到弛豫能量后，采用以下公式计算表面形成能： 其中，为计算表面形成模型表面原子松弛后的能量，为相应模型包含的原子数； d用以下公式计算除基态结构外，其余基础结构和基态结构的能量差： 其中是除基态结构外第个结构松弛后的能量，为相应模型包含的原子数； 接着，使用最小二乘法作为代价函数，通过计算预测各关联模型的能量值和各拟合目标偏差的平方和来评估势函数，并为不同拟合目标设置各自的权重因子； 最后，设置优化算法，将势函数的计算结果作为拟合目标，采用逐级拟合构建杂化模型； 具体包括如下步骤： 4.1首先全局拟合杂化模型中，角依从修正项的待定拟合参数： 拟合变量为包含角依从作用的短程修正项中定义的待定拟合参数： 拟合变量初值为初始定义，采用全局粒子群优化算法，人为设定拟合终止容差阈值，输出量为当前拟合变量的拟合结果； 待定拟合参数是指杂化模型中的：、、、、、、、c、d和h； 4.2然后局域拟合杂化模型中，角依从修正项的待定拟合参数： 拟合变量不变，将4.1输出的拟合结果作为本轮拟合变量初值，拟合目标不变，采用局域Nelder-Mead单纯形算法，首先向初始拟合参数添加各分量的5%，以围绕初始拟合参数生成单纯形，然后按照Nelder-Mead单纯形优化算法反复修改单纯形，直到达到设定的拟合终止容差，输出量为当前拟合变量的拟合结果； 4.3接着全局拟合杂化模型中的全部待定参数： 将4.2输出的拟合结果为拟合变量初值，采用全局粒子群优化算法，输出量为当前拟合变量的拟合结果；全部待定参数包括：、、、、、、、、、、、c、d和h； 4.4然后局域拟合杂化模型中的全部待定参数： 拟合变量不变，并将4.3输出的拟合结果作为本轮拟合变量初值，拟合目标不变；采用局域Nelder-Mead单纯形算法，首先向初始拟合参数添加各分量的5%，以围绕初始拟合参数生成单纯形，然后按照Nelder-Mead单纯形优化算法反复修改单纯形，直到达到设定的拟合终止容差，输出量为当前拟合变量的最终拟合结果； 4.5将拟合变量的最终拟合结果按照分子动力学软件列表输出，并作为势函数保存。

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