根据化学结构预测使用特定添加剂润滑油摩擦系数的方法
【专利摘要】一种根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，其主要步骤如下：1）在化学软件中生成作为建模所选用的润滑油减摩添加剂分子的化学结构；2）添加剂分子化学结构的优化；3）计算每一个添加剂分子的结构参数；4）对使用添加某种添加剂的润滑油进行摩擦学实验所得平均摩擦系数进行数学预处理，得到摩擦系数的量度；5）采用回归方式，建立摩擦系数量度与结构参数之间的定量预测模型；6）对预测模型进行交叉验证；7）根据预测模型计算各结构参数对摩擦系数量度影响的敏感性，推测润滑油添加剂的较优结构特征；8）根据预测模型预测某种添加剂影响下润滑油使用时的平均摩擦系数。本发明可以提高润滑油添加剂的开发效率。
【专利说明】根据化学结构预测使用特定添加剂润滑油摩擦系数的方法【技术领域】
[0001]本发明涉及润滑油添加剂的设计、筛选及摩擦学性能预测领域，具体是一种根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，其利用摩擦学定量构效关系，预测、辅助设计和筛选减摩性能优良的润滑油添加剂分子。
【背景技术】
[0002]目前人们在寻找能满足不同工况的需求且性能更优异的润滑油添加剂时，必须进行大量的实验工作进行改性或合成新型的潜在添加剂分子，然后进行摩擦学性能的测试，大量地进行筛选，但实际上整个过程缺乏明确的理论指导，难以避免有一定的盲目性。因此，如果能够做到通过了解该添加剂分子的结构，并进行一定的计算来预测该添加剂的减摩性能，这样就能够避免大量的、艰苦的重复实验工作，达到设计或选择性能优良的润滑油减摩添加剂分子的目的，而该项工作将是一个高效、低能耗的工作过程，能避免大量的实验室工作。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于提供一种根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，可以减少润滑油添加剂开发过程中需要合成和筛选的化合物的数量，提高开发的效率；也有助于探讨润滑油添加剂的结构与减摩性能的相互作用的过程，推论摩擦学机理。
[0004]一种根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，是利用化学计算方式，根据化学结构 预测在特定的工作条件下，特定的润滑基础油中，某种减摩添加剂影响下润滑油的减摩性能的方法，包括如下步骤:
[0005]I)选定润滑油特定的工作条件；
[0006]特定的工作条件是指使用润滑油的特定工作状态，包括工作时摩擦副的材料的选择、摩擦副的表面状态、所承受的载荷、温度、摩擦副的运行速度及运行方式、及摩擦副的接触方式，所述摩擦副的表面状态包括粗糙度和表面形貌，所述运行方式包括圆周运动、往复运动、螺线运动，所述摩擦副的接触方式包括点-点接触、点-面接触、面-面接触、线-面接触。
[0007]2)选定特定的润滑基础油；
[0008]特定的润滑基础油是指包括聚a-烯烃(ΡΑ0)、酯类油、烷基苯、聚丁烯、烷基萘、正构烷烃、异构烷烃等目前常用的润滑基础油作为摩擦学体系的润滑基础油的单独使用或联合使用，润滑基础油不仅限于所述润滑基础油。
[0009]步骤I)和2)的目的是因为物质的摩擦学性能具有系统依赖性，润滑油的减摩性能随着摩擦学系统的变化而变化，因此必须在相对固定的摩擦学系统中进行研究和讨论润滑油添加剂的减摩性能。
[0010]3)在相关的化学软件中生成作为建模所选用的减摩添加剂分子的化学结构；[0011]目前生成化合物分子的化学结构的软件较多，一般都能通用，如chemdraw或chemoffice 等软件。
[0012]4)对选用的添加剂分子的化学结构进行优化以生成能量最小构象；
[0013]这个步骤的目的是进行分子构象几何优化或能量最小化优化。在自然情况下分子主要以能量最低的形式存在，只有能量最低的构象才能具有代表性，其性能才能代表所研究体系的性质。在建模过程中，我们无法保证所建立的模型有最低的能量，所以所有研究工作的起点都是构象优化，要将所建立的模型优化到一个能量的极小点上。只有找到合理的能够代表所研究体系的构象，才能保证其后所得到的研究结果有意义。
[0014]5)根据步骤(4)生成的能量最小构象，在相应的化学分析软件中计算每一个添加剂分子的化学结构的结构参数；
[0015]所述结构参数包括:分子性能参数、量子参数、疏水参数、电性参数、立体参数、几何参数、拓扑参数、纯粹的结构参数、分子力学参数以及根据分子的三维构象计算的一系列参数等，这些结构参数可通过量子计算获得，它们表达的是润滑油添加剂化合物结构特征和理化特性。结构参数不仅限于所述参数。本发明实施例对分子性能参数和量子参数做了尝试，结果见实施例部分。
[0016]6)对使用添加剂作为建模所选用的添加剂分子的润滑油进行摩擦学实验所得平均摩擦系数数据进行数学预处理，得到特定工作状态下和特定的润滑基础油基础上的摩擦系数量度；使用特定润滑油添加剂的润滑油摩擦系数是指使用在某种添加剂影响下润滑油所进行的特定工作状态下和特定的润滑基础油基础上的摩擦学实验得到的平均摩擦系数。本发明对原始的平均摩擦系数进行了预处理，处理时加入了润滑油添加剂分子量作为比例系数。在本发明实施例中采用下式表示的计算方法进行预处理。
【权利要求】
1.一种根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂的润滑油摩擦系数的方法，其特征在于包括如下步骤: (1)选定润滑油特定的工作条件，所述特定的工作条件是指使用润滑油的特定工作状态，包括工作时摩擦副的材料的选择、摩擦副的表面状态、所承受的载荷、温度、摩擦副的运行速度及运行方式、及摩擦副的接触方式； (2)选定特定的润滑基础油； (3)在相应的化学计算软件中绘制作为建模所选用的润滑油减摩添加剂分子的化学结构； (4)对所述化学结构进行结构优化以生成能量最小构象； (5)根据步骤(4)生成的能量最小构象，在相应的化学分析软件中计算每一个添加剂分子的化学结构的结构参数； (6)对使用在某种添加剂影响下润滑油所进行的特定工作状态下和特定的润滑基础油基础上的摩擦学实验得到的平均摩擦系数数据进行数学预处理，得到特定工作状态下和特定的润滑基础油基础上的摩擦系数量度； (7)采用多元线性回归、偏最小二乘法、人工神经网络、遗传算法或支持向量机器的方法进行回归，建立通过预处理得到的摩擦系数量度和结构参数之间的线性或非线性关系，以建立定量预测的预测模型； (8)对建立的所述预测模型进行交叉验证； (9)根据预测模型计算各结构参数对摩擦系数量度影响的敏感性数值，推测润滑油添加剂的较优结构特征；` (10)根据建立的所述预测模型预测在特定工作状态下和特定的润滑基础油基础上，某种不同于作为建模所选用的减摩添加剂分子结构的添加剂影响下润滑油工作时摩擦副间的平均摩擦系数。
2.如权利要求1所述的根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，其特征在于:所述步骤(1)中摩擦副的表面状态包括粗糙度和表面形貌，所述运行方式包括圆周运动、往复运动、螺线运动，所述摩擦副的接触方式包括点-点接触、点-面接触、面-面接触、线-面接触。
3.如权利要求1所述的根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，其特征在于:所述步骤(2)选定的润滑基础油，包括聚a-烯烃(PAO)、酯类油、烷基苯、聚丁烯、烷基萘、正构烷烃或异构烷烃，作为摩擦学体系的润滑基础油单独使用或联合使用。
4.如权利要求1所述的根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，其特征在于:所述步骤(4)采用结构优化是指作为建模所选用的减摩添加剂分子构象几何优化或能量最小化优化。
5.如权利要求1所述的根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，其特征在于:步骤(5)中的所述结构参数包括:分子性能参数、量子参数、疏水参数、电性参数、立体参数、几何参数、拓扑参数、纯粹的结构参数、分子力学参数以及根据分子的三维构象计算的一系列参数，所述结构参数表达的是润滑油添加剂化合物的分子结构特征和理化特性。
6.如权利要求1所述的根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，其特征在于:所述步骤(6)对平均摩擦系数数据进行数学预处理，其具体采用
7.如权利要求1所述的预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，其特征在于所述步骤(7)中建立预测模型是指将一系列化合物的结构表征参量和摩擦系数量度进行统计学处理，然后在这两者间建立预测数学模型。
8.如权利要求1所述的根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，其特征在于:所述步骤(8)交叉验证方法采用K-MEANS或LEAVE-ONE-OUT方法。
9.如权利要求1所述的根据化学结构预测使用特定润滑油添加剂润滑油摩擦系数的方法，其特征在于:所述步骤(10)具体为:在已建立的预测模型中根据步骤(4)输入新的化合物，优化得到最优状态，即分子构象几何优化或能量最小化优化，即可得出在特定工作状态下和特定的润滑基础油基础上，某种不同于作为建模所选用的减摩添加剂分子结构的添加剂影响下润滑油工作时摩擦副间的平均摩擦系数的预测值。
【文档编号】G06F17/50GK103699745SQ201310728865
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】高新蕾, 戴康 申请人:武汉轻工大学