高通量计算研发新型高分子树脂基体的方法与流程

本发明涉及材料计算技术领域，具体是一种高通量计算研发新型高分子树脂基体的方法。

背景技术：

随着2011年美国材料基因组计划的提出与实施，结合了高通量材料试验和材料数据库的高通量材料集成设计方法，得到了科学界和工业界的高度重视。在先进高分子基复合材料的设计和研发上，利用实验及计算机模拟方法来研究材料的最佳组分、结构和性能的关系，结合云端数据库设计出符合特定要求的新型材料，并通过高通量实验筛选，从而极大地加快先进高分子基复合材料的创新、缩短研发的周期。通过已知的可靠实验数据，用理论模拟去尝试尽可能多的真实或未知材料，建立其组份，结构和各种物性的数据库，通过数据挖掘探寻材料组份，结构和性能之间的关系模式，用于指导先进高分子基复合材料设计。

对于先进高分子基复合材料，最重要的一部分就是新型高分子树脂基体的研发，高分子树脂在复合材料中对于传递载荷，抗腐蚀等条件下扮演者重要角色，同时树脂是在化工及航空、航天、军工等高技术领域的一种重要的结构材料和功能材料。

目前，新型树脂的研发主要采用实验试错以及数值模拟的方法，对于实验试错方法，效率低下，同时成本较高；对于目前的数值模拟的方法，计算效率较低，研发周期较长，不能满足研发要求；举例说明:通过目前现有的数值模拟计算方法分子动力学研发新型树脂，目前只能计算一个模型，计算步骤分散，操作复杂，效率低下，计算结果分散，可重复性及二次利用率较低；为此提出采用高通量计算的方法，研发新型高分子树脂基体。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种高通量计算研发新型高分子树脂基体的方法，提高高分子树脂基体研发效率，降低研发成本以及实验的盲目性，整合分子动力学计算模拟技术以及人工智能大数据技术，加速高分子树脂材料的研发，为后期高分子树脂的研发提供宝贵的数据及参考价值，为后期机器学习研发树脂提供接口，为国家材料基因工程计划提供技术指导及支持。

本发明包括以下步骤：

第一步：基于可视化模型输入窗口，直接导入基本模型源文件，设置参数(混合比例、力场选取、温度设置等)，高通量并行生成高分子树脂混合计算模型(自动更改混合比例参数，批量生成100个/次)，计算完成后，模型传递给下一模块(高通量计算以及分析部分)。

第二步：高通量流程化计算以及分析接口自动读取生成的模型，基于可视化参数设置窗口，设置计算模拟的参数(计算任务的选择、电荷力场选取、温度设置等)以及分析算法(力学、热力学性能算法等)。

第三步：自动保存计算结果以及分析的结果，包括输出的图形、轨迹文件以及相应的文本等，按照力学及热力学性能筛选最优模型，点击运行，完成高通量流程化计算及分析，得出新型最佳树脂配方，形成树脂计算数据库。

本发明有益效果在于：

1.高通量并发式生成树脂分子动力学计算模型(至少100个/次，具有生成10³-10⁵个/次的能力)，高通量完成流程化计算以及分析；

2.自动保存计算结果以及筛选数据，为后期高分子树脂的研发提供宝贵的数据及参考价值，为后期机器学习研发树脂提供接口，为国家材料基因工程计划提供技术指导及支持；

3.提高高分子树脂基体研发效率，降低研发成本以及实验的盲目性，整合分子动力学计算模拟技术以及人工智能大数据技术，加速高分子树脂材料的研发。

附图说明

图1分子动力学高通量计算设计框架图。

图2环氧树脂配方图。

图3分子尺度环氧树脂交联模型图。

图4环氧树脂玻璃化转变温度图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明提出一种分子动力学高通量计算研发新型高分子树脂基体的方法，主要解决分子动力学仿真模拟预测研发新型高分子树脂基体，解决自动导入计算模型，高通量并发式生成计算模型，自动化设置参数，完成高通量流程化计算以及分析，最终自动储存及筛选数据等技术问题，分子动力学高通量计算设计框架图如图1所示。

实施例1

利用分子动力学高通量计算的方法研发新型环氧树脂配方。在分子尺度建立环氧树脂交联模型，目前环氧树脂有6组分构成，组分可分成3类，如图2所示。现在举例计算只选取两类(环氧树脂，固化剂)中的多个成分(环氧树脂中的e54(dgeba)、ag80(tgddm)和固化剂中的双氰胺(dicy)、二氨基二苯砜(dds))。

第一步，建立环氧树脂反应分子尺度交联模型；导入dgeba、ag80、dicy、dds分子单链，用子程序及相应算法，按照下表1自动调整各组分之间的比例关系，设置参数(密度为1.4g/cm³)，高通量并行建立环氧树脂分子尺度计算模型(100个/次)，基于蒙特卡罗原理自动随机混合生成100个不同配方分子尺度仿真模型；

第二步，完成高通量流程化计算以及分析；接口批量自动读取生成的100个不同配方分子尺度仿真模型，并发式生成100个算法案例，基于可视化参数设置窗口，设置计算模拟的参数，选取经典力场，温度设为450k,依次选择任务为结构优化，动力学平衡，细化选取相应的参数；依据可视化参数设置窗口，选择树脂交联反应的计算分析算法(默认交联度设为88.7％)。

第三步，自动保存计算结果以及分析的结果，包括输出的图形、轨迹文件以及相应的文本等；选择为88.7％的环氧树脂分子尺度模型，交联度筛选范围设为85％-88％；点击运行，完成高通量流程化计算及分析，完成高通量建立分子尺度环氧树脂交联基础模型(如图3)，形成环氧树脂交联模型及计算数据库。

实施例2

利用分子动力学高通量计算的方法研发新型环氧树脂配方。在上述案例一中，已经完成高通量建立环氧树脂交联基础模型，为此，我们对树脂交联结构模型进行高通量计算并筛选，计算环氧树脂玻璃化转变温度作为筛选的标准，并存入数据库。

第一步，高通量读取环氧树脂分子尺度交联模型，高通量并行建立环氧树脂分子尺度计算模型(100个/次，具有生成10³-10⁵个/次的能力)；

第二步，完成高通量流程化计算以及分析；接口批量自动读取生成的100个不同配方分子尺度仿真模型，并发式生成100个算法案例，基于可视化参数设置窗口，设置计算模拟的参数，选取经典力场，温度设为300k-600k,依次选择任务为结构优化，动力学平衡，细化选取相应的参数；依据可视化参数设置窗口，选择树脂玻璃化转变温度的计算分析算法。

第三步，自动保存计算结果以及分析的结果，包括输出的图形、轨迹文件以及相应的文本等；依据高通量计算分析得到的玻璃化转变温度结果，对计算结果进行筛选，设置玻璃化转变温度筛选范围为450k-500k,保存数据及结果，模型等；点击运行，完成高通量流程化计算及分析，完成高通量计算环氧树脂玻璃化转变温度(如图4)，形成环氧树脂交联模型及性能计算数据库。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。