[發(fā)明專利]探測單分散顆粒體系結晶相前驅(qū)體微觀結構的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011295201.0
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112287563B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設計）人: 曹學興;張一博;馬剛;龐博慧;周偉;常曉林;關少恒;梅江洲
• 申請（專利權）人: 華能瀾滄江水電股份有限公司;武漢大學;華能集團技術創(chuàng)新中心有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N20/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

1.探測單分散顆粒體系結晶相前驅(qū)體微觀結構的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1.獲取剪切實驗過程中不同時刻單分散顆粒體系內(nèi)所有顆粒的位置坐標信息；

步驟2.計算不同時刻每個顆粒的微觀結構特征，使用鍵取向序參數(shù)和局部體積分數(shù)判斷顆粒在某時刻是否處于結晶相；

步驟2-1.基于所有顆粒的位置坐標信息，判斷每個顆粒的鄰接顆粒；

通過Voronoi剖分確定顆粒的鄰接顆粒時，剔除Voronoi凸多面體中對應鄰接平面面積小于所有鄰接平面平均面積的5％的平面所對應的鄰接顆粒；

步驟2-2.基于顆粒的鄰接網(wǎng)絡計算顆粒的短程結構特征，包括：

(a)配位數(shù)；

(b)局部體積分數(shù)：

公式1中，φ_local表示局部體積分數(shù)；V_sphere表示顆粒的體積；V_cell表示Voronoi凸多面體的體積；

(c)Voronoiidx_i

Voronoiidx_i表示該顆粒對應Voronoi凸多面體中含有i條邊的面的數(shù)目，其中3≤i≤7；

(d)鍵取向序參數(shù)：

公式2中，q_lm(i)表示顆粒i的局部張量鍵取向序參數(shù)；N_i表示顆粒i的鄰接顆粒數(shù)目；j表示顆粒i的某個鄰接顆粒j；表示球面諧波函數(shù)；θ_ij,分別表示空間向量ij在球坐標系中的極角和方位角；l＝2,4,6,8,10；

公式3中，q_l(i)表示q_lm(i)的二階旋轉(zhuǎn)不變量；-l≤m≤l；l＝2,4,6,8,10；

公式4中，w_l(i)表示q_lm(i)的三階旋轉(zhuǎn)不變量；-l≤m₁,m₂,m₃≤l；l＝2,4,6,8,10；

(e)基于閔可夫斯基張量的各向異性系數(shù)：

β＝|μ_min/μ_max| (6)

式中，n(r)表示Voronoi凸多面體表面法向量；S表示沿表面積分；表示積分求得的三階閔可夫斯基張量；μ_min、μ_max分別表示閔可夫斯基張量的最小和最大特征值；β表示Voronoi凸多面體的各向異性系數(shù)；

步驟2-3.采用如下公式計算所有顆粒的中程結構序特征；

式中，i表示顆粒i；N(i)表示顆粒i的鄰接顆粒；F表示用于當前計算的某類短程結構序特征；Stats函數(shù)表示對括號中的值分別進行平均值、最小值、最大值和標準差的統(tǒng)計匯總；步驟2-4.提取所有顆粒的鍵取向序參數(shù)q₆和局部體積分數(shù)φ_local；

對單個顆粒做如下判斷：

φ_local≥0.72 (8)

0.465≤q₆≤0.505 (9)

0.555≤q₆≤0.595 (10)

當該顆粒的局部體積分數(shù)φ_local以及l(fā)＝6時的鍵取向序參數(shù)q₆同時滿足公式8和9或同時滿足公式8和10時，判斷此時該顆粒處于結晶相；

步驟2-5.基于鍵取向序參數(shù)q₆和局部體積分數(shù)φ_local判斷顆粒是否處于結晶相；

步驟3.選取顆粒體系內(nèi)接近處于結晶相的顆粒與等量處于無序向的顆粒并提取其特征組成機器學習數(shù)據(jù)集；

步驟4.構造機器學習模型，將數(shù)據(jù)集劃分為訓練集、驗證集和測試集，通過交叉驗證優(yōu)化模型參數(shù)，得到最優(yōu)參數(shù)組合并保存模型；

步驟5.調(diào)用機器學習模型，探測單分散顆粒體系結晶相前驅(qū)體微觀結構；

步驟6.提取無序相、結晶相和機器學習模型探測出的結晶相前驅(qū)體顆粒，分析其結構特征的區(qū)別和三者的相關關系，以了解顆粒材料相位轉(zhuǎn)變中的結晶動力學行為。