本發(fā)明屬于玻璃模量性能預(yù)測(cè)，特別是一種多體系玻璃材料模量分析方法。

背景技術(shù)：

1、玻璃材料作為一種重要的工程材料，其力學(xué)性能在功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扮演著至關(guān)重要的角色。而設(shè)計(jì)具有高模量的玻璃材料一直是相關(guān)領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系分析方法在計(jì)算預(yù)測(cè)玻璃材料的模量方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。該種方法結(jié)合了微觀層次上的分子模擬和宏觀性能的統(tǒng)計(jì)模型，可實(shí)現(xiàn)快速且高效的材料性能預(yù)測(cè)，大幅度提高研發(fā)效率并降低成本。

2、目前已有不少報(bào)道針對(duì)基于定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系分析法預(yù)測(cè)計(jì)算材料性能的研究。例如公開(kāi)號(hào)為cn11623001a的專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種基于定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系分析法的天然酯分子結(jié)構(gòu)改性及性能提升方法，該方法被應(yīng)用于研究天然酯絕緣液本征分子結(jié)構(gòu)影響電氣與冷流特性的分子關(guān)系，并基于此對(duì)天然酯分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性及性能提升。充分展示了定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系分析方法在材料研究領(lǐng)域的重要的意義。文獻(xiàn)“journal?of?non-crystalline?solids，2020,?530:?119772.”針對(duì)sio2-al2o3-cao體系玻璃構(gòu)建了定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系模型，平方殘差系數(shù)r2可達(dá)0.98。

3、然而，目前基于定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系分析方法的玻璃模量計(jì)算預(yù)測(cè)基本針對(duì)單一體系的玻璃材料，對(duì)于多種不同體系玻璃材料的相關(guān)研究還有所不足。由于玻璃材料的組分繁多，可達(dá)數(shù)十億種，因此針對(duì)所有體系的玻璃材料構(gòu)建獨(dú)立的定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系分析模型是難以實(shí)現(xiàn)的。針對(duì)這一情況，需開(kāi)發(fā)一種可基于數(shù)種體系玻璃，計(jì)算預(yù)測(cè)新的多元玻璃材料模量的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種基于氧化物形成能的定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系分析法的多體系玻璃材料的模量計(jì)算預(yù)測(cè)方法。該方法可以構(gòu)建具有良好擬合精度的玻璃模量性能描述符，不僅有助于揭示玻璃材料模量的強(qiáng)化機(jī)理，還能較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)新體系玻璃材料的模量。這對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)具有高模量特性的新體系玻璃材料具有重要的基礎(chǔ)理論支撐和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種多體系玻璃材料模量分析方法，所述方法包括以下步驟：

3、步驟1，采集玻璃材料的配方，密度和模量參數(shù)，并構(gòu)建相應(yīng)的玻璃分子模型；

4、步驟2，計(jì)算所述玻璃分子模型的配位數(shù)；

5、步驟3，構(gòu)建基于定量結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系分析法的描述符模型，該描述符模型的參數(shù)包括能量參數(shù)和所述配位數(shù)；

6、步驟4，計(jì)算不同配比玻璃的描述符并與其模量進(jìn)行擬合；

7、步驟5，對(duì)于待分析的新的多體系玻璃材料，計(jì)算其描述符并置于步驟4的擬合結(jié)果中，獲得所述新的多體系玻璃材料的模量。

8、進(jìn)一步地，步驟2中包括計(jì)算陽(yáng)離子與氧原子的配位數(shù)。

9、進(jìn)一步地，步驟3中基于定量結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系分析法的描述符模型為：

10、；

11、式中，為模量描述符，n為模型中原子總數(shù)，表示第種陽(yáng)離子的原子數(shù)，表示第種陰離子，分別表示陽(yáng)離子、陰離子的總數(shù)，表示對(duì)原子的平均配位數(shù)，表示能量參數(shù)，為乘積因子。

12、進(jìn)一步地，所述能量參數(shù)的具體選取過(guò)程包括：

13、步驟3-1，基于玻璃材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)采集玻璃材料模量數(shù)據(jù)，并選取多種不同能量參數(shù)；

14、步驟3-2，計(jì)算不同能量參數(shù)與模量的相關(guān)性，篩選相關(guān)性高于第一預(yù)設(shè)閾值的能量參數(shù)；

15、步驟3-3，計(jì)算步驟3-2篩選獲得的不同能量參數(shù)之間的相關(guān)性，若兩種能量參數(shù)之間的相關(guān)性大于第二預(yù)設(shè)閾值，則表示兩者具有多重共線性關(guān)系，移除其中與模量相關(guān)性相對(duì)較小的能量參數(shù)；

16、步驟3-4，建立支持向量機(jī)回歸模型，計(jì)算評(píng)估不同能量參數(shù)對(duì)玻璃模量性能的預(yù)測(cè)能力，選擇平方殘差系數(shù)最大的能量參數(shù)作為能量參數(shù)。

17、進(jìn)一步地，所述能量參數(shù)為氧化物形成能。

18、進(jìn)一步地，步驟3-2中計(jì)算不同能量參數(shù)與模量的相關(guān)性的計(jì)算公式為：

19、

20、式中，為能量參數(shù)與玻璃模量的相關(guān)性系數(shù)，n為能量參數(shù)的個(gè)數(shù)，為第i個(gè)能量參數(shù)，為xi的權(quán)重因子，為能量參數(shù)平均數(shù)，為第i個(gè)模量數(shù)據(jù)的權(quán)重因子，為第i個(gè)模量數(shù)據(jù)，為模量數(shù)據(jù)平均數(shù)，m為模量數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。

21、進(jìn)一步地，步驟3-3中計(jì)算不同能量參數(shù)之間的相關(guān)性的計(jì)算公式為：

22、

23、式中，為兩種不同能量參數(shù)之間的相關(guān)性系數(shù)，為能量參數(shù)中第i個(gè)參數(shù)，為的權(quán)重因子，為能量參數(shù)的平均數(shù)，為能量參數(shù)中第i個(gè)參數(shù)，為的權(quán)重因子，為能量參數(shù)的平均數(shù)。

24、進(jìn)一步地，所述、和符合正態(tài)分布。

25、進(jìn)一步地，所述第二預(yù)設(shè)閾值大于第一預(yù)設(shè)閾值。

26、另一方面，提供了一種多體系玻璃材料模量分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

27、第一模塊，用于采集玻璃材料的配方，密度和模量參數(shù)，并構(gòu)建相應(yīng)的玻璃分子模型；

28、第二模塊，用于計(jì)算所述玻璃分子模型的配位數(shù)；

29、第三模塊，用于構(gòu)建基于定量結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系分析法的描述符模型，該描述符模型的參數(shù)包括能量參數(shù)和所述配位數(shù)；

30、第四模塊，用于計(jì)算不同配比玻璃的描述符并與其模量進(jìn)行擬合；

31、第五模塊，用于對(duì)于待分析的新的多體系玻璃材料，計(jì)算其描述符并置于第四模塊的擬合結(jié)果中，獲得所述新的多體系玻璃材料的模量。

32、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

33、（1）本發(fā)明建立了一種新的基于權(quán)重因子優(yōu)化參數(shù)相關(guān)性計(jì)算模型的描述符參數(shù)選取策略，其不僅可針對(duì)采樣不均勻的情況，還可結(jié)合參考先驗(yàn)知識(shí)且能夠降低異常值影響，選出與模量性能相關(guān)性最高且最具獨(dú)立性的變量參數(shù)。

34、（2）本發(fā)明基于氧化物形成能構(gòu)建了可準(zhǔn)確擬合玻璃材料模量性能的描述符，為探究玻璃材料微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀性能之間的聯(lián)系提供有效的研究手段。

35、（3）本發(fā)明構(gòu)建的玻璃模量描述符不僅針對(duì)單一體系玻璃材料，還適用于多種不同體系的玻璃材料，且能準(zhǔn)確的計(jì)算預(yù)測(cè)新體系玻璃材料的模量。

36、下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種多體系玻璃材料模量分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多體系玻璃材料模量分析方法，其特征在于，步驟2中包括計(jì)算陽(yáng)離子與氧原子的配位數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多體系玻璃材料模量分析方法，其特征在于，步驟3中基于定量結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系分析法的描述符模型為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多體系玻璃材料模量分析方法，其特征在于，所述能量參數(shù)的具體選取過(guò)程包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多體系玻璃材料模量分析方法，其特征在于，所述能量參數(shù)為氧化物形成能。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多體系玻璃材料模量分析方法，其特征在于，步驟3-2中計(jì)算不同能量參數(shù)與模量的相關(guān)性的計(jì)算公式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多體系玻璃材料模量分析方法，其特征在于，步驟3-3中計(jì)算不同能量參數(shù)之間的相關(guān)性的計(jì)算公式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多體系玻璃材料模量分析方法，其特征在于，所述、和符合正態(tài)分布。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多體系玻璃材料模量分析方法，其特征在于，所述第二預(yù)設(shè)閾值大于第一預(yù)設(shè)閾值。

10.基于權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述方法的多體系玻璃材料模量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種多體系玻璃材料模量分析方法，方法包括：（1）建立一種新的基于權(quán)重因子優(yōu)化參數(shù)相關(guān)性計(jì)算模型的描述符參數(shù)選取策略，其不僅可針對(duì)采樣不均勻的情況，還可結(jié)合參考先驗(yàn)知識(shí)且能夠降低異常值影響，選出與模量性能相關(guān)性最高且最具獨(dú)立性的變量參數(shù)。（2）構(gòu)建可準(zhǔn)確擬合玻璃材料模量性能的描述符，為探究玻璃材料微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀性能之間的聯(lián)系提供有效的研究手段。（3）基于構(gòu)建的描述符對(duì)多體系玻璃模量進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)，并能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)新體系玻璃的模量。本發(fā)明能夠針對(duì)多體系玻璃進(jìn)行模量的計(jì)算預(yù)測(cè)，為揭示玻璃模量的增強(qiáng)機(jī)理提供研究方法，這對(duì)提升和發(fā)展玻璃的模量計(jì)算預(yù)測(cè)能力具有重要意義。

技術(shù)研發(fā)人員：趙子煜,趙明,劉鑫,郎玉冬,趙謙,陳陽(yáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9