[發(fā)明專利]一種基于分子模擬的耐火電纜材料關(guān)鍵性能篩選方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110443320.4
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113094926B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔敏;侯世英;梁家鳴;楊長龍;楊帆;李希元;李小蘭;胡博;金鵬;譚澈
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶泰山電纜有限公司;國網(wǎng)遼寧省電力有限公司沈陽供電公司;重慶大學(xué);山東電工電氣集團有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/10;G06F113/16;G06F119/14
• 代理公司: 重慶創(chuàng)新專利商標(biāo)代理有限公司 50125
• 代理人: 李智祥

本發(fā)明公開了一種基于分子模擬的耐火電纜材料關(guān)鍵性能篩選方法，包括步驟1)建立聚合物和各功能助劑模型；2)對各模型進行幾何優(yōu)化，得到最穩(wěn)定的各有機物橡膠基體和其他成分的幾何構(gòu)型；3)按照各成分配比建立若干個不定型結(jié)構(gòu)并進行篩選；4)對篩選出的結(jié)構(gòu)進行退火；5)對退火后的結(jié)構(gòu)進行不同溫度下的分子動力學(xué)模擬；6)對各溫度下穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性能參數(shù)進行計算：根據(jù)不同溫度下的穩(wěn)定微觀結(jié)構(gòu)在力場下的勢能E進行關(guān)鍵性能計算，得到關(guān)鍵性能參數(shù)：自由體積分?jǐn)?shù)FFV和內(nèi)聚能密度CED；7)不同材料間進行關(guān)鍵性能參數(shù)的橫向?qū)Ρ龋⒑Y選材料。本發(fā)明篩選結(jié)果可靠性高，可用于指導(dǎo)電纜耐火材料的研發(fā)與生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種耐火材料篩選方法，特別是涉及一種基于分子模擬的耐火電纜材料關(guān)鍵性能篩選方法。

背景技術(shù)

耐火電纜是指在外層結(jié)構(gòu)被點燃后能夠保持一定時間安全運行的電纜。耐火電纜廣泛應(yīng)用于城市基礎(chǔ)設(shè)施、重要的工礦企業(yè)等或是消防安全要求較高的場合，尤其是應(yīng)用于消防設(shè)備及緊急向?qū)舻葢?yīng)急設(shè)施的供電或控制線路。

耐火電纜特定結(jié)構(gòu)，如三芯電纜填充層的材料選型成為一種剛需。評價耐火電纜材料性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，一是材料的熱穩(wěn)定性，即熱學(xué)性質(zhì)；二是材料的機械性質(zhì)，包含楊氏模量、剪切模量、泊松比等力學(xué)性質(zhì)以及硬度、剛度等典型指標(biāo)。工業(yè)領(lǐng)域中對于電纜材料熱學(xué)性質(zhì)的檢驗方法大多是將材料置于高溫環(huán)境下，如采用煅燒的方法，并進行不同樣品間的對照實驗，力學(xué)性質(zhì)檢驗則大多采用制作啞鈴狀切片，并進行拉伸實驗。傳統(tǒng)的拉伸實驗有較大的缺陷，例如拉伸實驗結(jié)果往往受到諸多主客觀因素的影響而產(chǎn)生誤差，

因此本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開發(fā)一種基于分子模擬的耐火電纜材料關(guān)鍵性能篩選方法，能快速準(zhǔn)確、客觀的評價電纜材料的關(guān)鍵性能，從而篩選出最佳耐火材料。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種于分子模擬的耐火電纜材料關(guān)鍵性能篩選方法，能快速準(zhǔn)確、客觀的評價電纜材料的關(guān)鍵性能，從而篩選出最佳耐火材料。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于分子模擬的耐火電纜材料關(guān)鍵性能篩選方法，包括以下步驟：

1)建立聚合物和各功能助劑模型：使用分子模擬軟件構(gòu)建耐火電纜材料中各有機物橡膠基體和其他成分的單體模型；

2)對各模型進行幾何優(yōu)化，得到最穩(wěn)定的各有機物橡膠基體和其他成分的幾何構(gòu)型；

3)按照各成分配比建立若干個不定型結(jié)構(gòu)并進行篩選：根據(jù)各有機物橡膠基體和其他成分的幾何構(gòu)型，設(shè)定組分配比、溫度和密度，建立若干個不定型微觀結(jié)構(gòu)，通過對比不定型微觀結(jié)構(gòu)的體系總勢能，篩選出最穩(wěn)定的不定型微觀結(jié)構(gòu)，并進行幾何優(yōu)化；

4)對篩選出的結(jié)構(gòu)進行退火；

5)對退火后的結(jié)構(gòu)進行不同溫度下的分子動力學(xué)模擬，在不同溫度下，借助力場對幾何優(yōu)化后的不定型微觀結(jié)構(gòu)進行分子動力學(xué)計算，得到不同溫度下的穩(wěn)定微觀結(jié)構(gòu)；

6)對各溫度下穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性能參數(shù)進行計算：根據(jù)不同溫度下的穩(wěn)定微觀結(jié)構(gòu)在力場下的勢能E進行關(guān)鍵性能計算，得到關(guān)鍵性能參數(shù)：自由體積分?jǐn)?shù)FFV和內(nèi)聚能密度CED；

7)不同材料間進行關(guān)鍵性能參數(shù)的橫向?qū)Ρ龋⒑Y選材料。

較佳的，所述步驟7)中關(guān)鍵性能參數(shù)的橫向?qū)Ρ鹊姆椒椋菏紫葘Ρ雀鹘M材料在同一溫度下的內(nèi)聚能密度及不同溫度下的變化趨勢；篩選出同一溫度下總內(nèi)聚能密度最大的配方；若存在不同組之間內(nèi)聚能密度折線交叉情況，則溫度較高時內(nèi)聚能密度大的優(yōu)選；若存在兩組配方在不同溫度下內(nèi)聚能密度均相同的情況，則比較各組在同一溫度下的自由體積分?jǐn)?shù)，同一溫度下自由體積分?jǐn)?shù)更小的優(yōu)選；若存在不同組之間內(nèi)聚能密度折線交叉情況，則溫度較高時自由體積分?jǐn)?shù)小的優(yōu)選。

較佳的，所述步驟6)中，勢能E的表達(dá)式為：