根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法
【專利摘要】一種根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其主要步驟如下：1）在化學(xué)軟件中生成作為建模所選用的潤滑油減摩添加劑分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)；2）添加劑分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；3）計算每一個添加劑分子的結(jié)構(gòu)參數(shù)；4）對使用添加某種添加劑的潤滑油進行摩擦學(xué)實驗所得平均摩擦系數(shù)進行數(shù)學(xué)預(yù)處理，得到摩擦系數(shù)的量度；5）采用回歸方式，建立摩擦系數(shù)量度與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的定量預(yù)測模型；6）對預(yù)測模型進行交叉驗證；7）根據(jù)預(yù)測模型計算各結(jié)構(gòu)參數(shù)對摩擦系數(shù)量度影響的敏感性，推測潤滑油添加劑的較優(yōu)結(jié)構(gòu)特征；8）根據(jù)預(yù)測模型預(yù)測某種添加劑影響下潤滑油使用時的平均摩擦系數(shù)。本發(fā)明可以提高潤滑油添加劑的開發(fā)效率。
【專利說明】根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及潤滑油添加劑的設(shè)計、篩選及摩擦學(xué)性能預(yù)測領(lǐng)域，具體是一種根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其利用摩擦學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系，預(yù)測、輔助設(shè)計和篩選減摩性能優(yōu)良的潤滑油添加劑分子。
【背景技術(shù)】
[0002]目前人們在尋找能滿足不同工況的需求且性能更優(yōu)異的潤滑油添加劑時，必須進行大量的實驗工作進行改性或合成新型的潛在添加劑分子，然后進行摩擦學(xué)性能的測試，大量地進行篩選，但實際上整個過程缺乏明確的理論指導(dǎo)，難以避免有一定的盲目性。因此，如果能夠做到通過了解該添加劑分子的結(jié)構(gòu)，并進行一定的計算來預(yù)測該添加劑的減摩性能，這樣就能夠避免大量的、艱苦的重復(fù)實驗工作，達到設(shè)計或選擇性能優(yōu)良的潤滑油減摩添加劑分子的目的，而該項工作將是一個高效、低能耗的工作過程，能避免大量的實驗室工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，可以減少潤滑油添加劑開發(fā)過程中需要合成和篩選的化合物的數(shù)量，提高開發(fā)的效率；也有助于探討潤滑油添加劑的結(jié)構(gòu)與減摩性能的相互作用的過程，推論摩擦學(xué)機理。
[0004]一種根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，是利用化學(xué)計算方式，根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu) 預(yù)測在特定的工作條件下，特定的潤滑基礎(chǔ)油中，某種減摩添加劑影響下潤滑油的減摩性能的方法，包括如下步驟:
[0005]I)選定潤滑油特定的工作條件；
[0006]特定的工作條件是指使用潤滑油的特定工作狀態(tài)，包括工作時摩擦副的材料的選擇、摩擦副的表面狀態(tài)、所承受的載荷、溫度、摩擦副的運行速度及運行方式、及摩擦副的接觸方式，所述摩擦副的表面狀態(tài)包括粗糙度和表面形貌，所述運行方式包括圓周運動、往復(fù)運動、螺線運動，所述摩擦副的接觸方式包括點-點接觸、點-面接觸、面-面接觸、線-面接觸。
[0007]2)選定特定的潤滑基礎(chǔ)油；
[0008]特定的潤滑基礎(chǔ)油是指包括聚a-烯烴(ΡΑ0)、酯類油、烷基苯、聚丁烯、烷基萘、正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴等目前常用的潤滑基礎(chǔ)油作為摩擦學(xué)體系的潤滑基礎(chǔ)油的單獨使用或聯(lián)合使用，潤滑基礎(chǔ)油不僅限于所述潤滑基礎(chǔ)油。
[0009]步驟I)和2)的目的是因為物質(zhì)的摩擦學(xué)性能具有系統(tǒng)依賴性，潤滑油的減摩性能隨著摩擦學(xué)系統(tǒng)的變化而變化，因此必須在相對固定的摩擦學(xué)系統(tǒng)中進行研究和討論潤滑油添加劑的減摩性能。
[0010]3)在相關(guān)的化學(xué)軟件中生成作為建模所選用的減摩添加劑分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)；[0011]目前生成化合物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)的軟件較多，一般都能通用，如chemdraw或chemoffice 等軟件。
[0012]4)對選用的添加劑分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化以生成能量最小構(gòu)象；
[0013]這個步驟的目的是進行分子構(gòu)象幾何優(yōu)化或能量最小化優(yōu)化。在自然情況下分子主要以能量最低的形式存在，只有能量最低的構(gòu)象才能具有代表性，其性能才能代表所研究體系的性質(zhì)。在建模過程中，我們無法保證所建立的模型有最低的能量，所以所有研究工作的起點都是構(gòu)象優(yōu)化，要將所建立的模型優(yōu)化到一個能量的極小點上。只有找到合理的能夠代表所研究體系的構(gòu)象，才能保證其后所得到的研究結(jié)果有意義。
[0014]5)根據(jù)步驟(4)生成的能量最小構(gòu)象，在相應(yīng)的化學(xué)分析軟件中計算每一個添加劑分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；
[0015]所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括:分子性能參數(shù)、量子參數(shù)、疏水參數(shù)、電性參數(shù)、立體參數(shù)、幾何參數(shù)、拓撲參數(shù)、純粹的結(jié)構(gòu)參數(shù)、分子力學(xué)參數(shù)以及根據(jù)分子的三維構(gòu)象計算的一系列參數(shù)等，這些結(jié)構(gòu)參數(shù)可通過量子計算獲得，它們表達的是潤滑油添加劑化合物結(jié)構(gòu)特征和理化特性。結(jié)構(gòu)參數(shù)不僅限于所述參數(shù)。本發(fā)明實施例對分子性能參數(shù)和量子參數(shù)做了嘗試，結(jié)果見實施例部分。
[0016]6)對使用添加劑作為建模所選用的添加劑分子的潤滑油進行摩擦學(xué)實驗所得平均摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)預(yù)處理，得到特定工作狀態(tài)下和特定的潤滑基礎(chǔ)油基礎(chǔ)上的摩擦系數(shù)量度；使用特定潤滑油添加劑的潤滑油摩擦系數(shù)是指使用在某種添加劑影響下潤滑油所進行的特定工作狀態(tài)下和特定的潤滑基礎(chǔ)油基礎(chǔ)上的摩擦學(xué)實驗得到的平均摩擦系數(shù)。本發(fā)明對原始的平均摩擦系數(shù)進行了預(yù)處理，處理時加入了潤滑油添加劑分子量作為比例系數(shù)。在本發(fā)明實施例中采用下式表示的計算方法進行預(yù)處理。
【權(quán)利要求】
1.一種根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑的潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)選定潤滑油特定的工作條件，所述特定的工作條件是指使用潤滑油的特定工作狀態(tài)，包括工作時摩擦副的材料的選擇、摩擦副的表面狀態(tài)、所承受的載荷、溫度、摩擦副的運行速度及運行方式、及摩擦副的接觸方式； (2)選定特定的潤滑基礎(chǔ)油； (3)在相應(yīng)的化學(xué)計算軟件中繪制作為建模所選用的潤滑油減摩添加劑分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)； (4)對所述化學(xué)結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以生成能量最小構(gòu)象； (5)根據(jù)步驟(4)生成的能量最小構(gòu)象，在相應(yīng)的化學(xué)分析軟件中計算每一個添加劑分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)； (6)對使用在某種添加劑影響下潤滑油所進行的特定工作狀態(tài)下和特定的潤滑基礎(chǔ)油基礎(chǔ)上的摩擦學(xué)實驗得到的平均摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)預(yù)處理，得到特定工作狀態(tài)下和特定的潤滑基礎(chǔ)油基礎(chǔ)上的摩擦系數(shù)量度； (7)采用多元線性回歸、偏最小二乘法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法或支持向量機器的方法進行回歸，建立通過預(yù)處理得到的摩擦系數(shù)量度和結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的線性或非線性關(guān)系，以建立定量預(yù)測的預(yù)測模型； (8)對建立的所述預(yù)測模型進行交叉驗證； (9)根據(jù)預(yù)測模型計算各結(jié)構(gòu)參數(shù)對摩擦系數(shù)量度影響的敏感性數(shù)值，推測潤滑油添加劑的較優(yōu)結(jié)構(gòu)特征；` (10)根據(jù)建立的所述預(yù)測模型預(yù)測在特定工作狀態(tài)下和特定的潤滑基礎(chǔ)油基礎(chǔ)上，某種不同于作為建模所選用的減摩添加劑分子結(jié)構(gòu)的添加劑影響下潤滑油工作時摩擦副間的平均摩擦系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其特征在于:所述步驟(1)中摩擦副的表面狀態(tài)包括粗糙度和表面形貌，所述運行方式包括圓周運動、往復(fù)運動、螺線運動，所述摩擦副的接觸方式包括點-點接觸、點-面接觸、面-面接觸、線-面接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其特征在于:所述步驟(2)選定的潤滑基礎(chǔ)油，包括聚a-烯烴(PAO)、酯類油、烷基苯、聚丁烯、烷基萘、正構(gòu)烷烴或異構(gòu)烷烴，作為摩擦學(xué)體系的潤滑基礎(chǔ)油單獨使用或聯(lián)合使用。
4.如權(quán)利要求1所述的根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其特征在于:所述步驟(4)采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化是指作為建模所選用的減摩添加劑分子構(gòu)象幾何優(yōu)化或能量最小化優(yōu)化。
5.如權(quán)利要求1所述的根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其特征在于:步驟(5)中的所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括:分子性能參數(shù)、量子參數(shù)、疏水參數(shù)、電性參數(shù)、立體參數(shù)、幾何參數(shù)、拓撲參數(shù)、純粹的結(jié)構(gòu)參數(shù)、分子力學(xué)參數(shù)以及根據(jù)分子的三維構(gòu)象計算的一系列參數(shù)，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)表達的是潤滑油添加劑化合物的分子結(jié)構(gòu)特征和理化特性。
6.如權(quán)利要求1所述的根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其特征在于:所述步驟(6)對平均摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)預(yù)處理，其具體采用
7.如權(quán)利要求1所述的預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其特征在于所述步驟(7)中建立預(yù)測模型是指將一系列化合物的結(jié)構(gòu)表征參量和摩擦系數(shù)量度進行統(tǒng)計學(xué)處理，然后在這兩者間建立預(yù)測數(shù)學(xué)模型。
8.如權(quán)利要求1所述的根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其特征在于:所述步驟(8)交叉驗證方法采用K-MEANS或LEAVE-ONE-OUT方法。
9.如權(quán)利要求1所述的根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)預(yù)測使用特定潤滑油添加劑潤滑油摩擦系數(shù)的方法，其特征在于:所述步驟(10)具體為:在已建立的預(yù)測模型中根據(jù)步驟(4)輸入新的化合物，優(yōu)化得到最優(yōu)狀態(tài)，即分子構(gòu)象幾何優(yōu)化或能量最小化優(yōu)化，即可得出在特定工作狀態(tài)下和特定的潤滑基礎(chǔ)油基礎(chǔ)上，某種不同于作為建模所選用的減摩添加劑分子結(jié)構(gòu)的添加劑影響下潤滑油工作時摩擦副間的平均摩擦系數(shù)的預(yù)測值。
【文檔編號】G06F17/50GK103699745SQ201310728865
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】高新蕾, 戴康 申請人:武漢輕工大學(xué)