[发明专利]基于分子动力学和弹性网络回归模型的弹性模量预测方法

权利要求书

1.一种基于分子动力学和弹性网络回归模型的弹性模量预测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，采集组分构成不同的氧化物玻璃材料的弹性模量数据，构建弹性模量数据库，所述弹性模量数据库中包括一一映射的玻璃成分和其对应的弹性模量；

步骤2，基于分子动力学构造氧化物玻璃材料中具有不同对称性的氧化物晶体的原子结构模型，并以每单位阳离子i的结合能，含有阳离子A的立方晶体的每种晶胞的弹性张量常数和，含有阳离子A的立方晶体的每种晶胞的体模量和Voigt平均的剪切模量的乘积作为性能参数构造弹性模量的包含“材料基因”的描述符；

步骤3，基于步骤1构建得到的弹性模量数据库和步骤2构造的描述符，构建训练集、验证集和测试集；

步骤4，基于弹性网络回归模型构建弹性模量预测模型，根据步骤3构造的训练集、验证集和测试集对所构建的弹性模量预测模型进行训练，得到训练好的弹性模量预测模型；

步骤5，针对待预测的玻璃材料，根据其组分构成获得其包含“材料基因”的描述符；并利用训练好的弹性模量预测模型预测所述待预测的玻璃材料的弹性模量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2-1构造具有不同对称性的氧化物晶体的原子结构模型，作为分子动力学计算的晶胞；

步骤2-2对于步骤2-1中构造得到的每一种晶胞结构，进行分子动力学计算，获得晶胞能量；

步骤2-3，对于步骤2-1中构造得到的每一种晶胞结构，通过进一步的计算获得其性能参数集合，构造用于机器学习的描述符：

式中，n 为幂平均的指数，取值为-4到+4之间的所有非零整数；为所有阳离子的集合；为对应阳离子i的成分比例；为性能参数集合中的某一个性能参数，表示当幂指数为时，阳离子的结构对应的第个性能参数；,3；为幂指数为时，阳离子的结构对应的第m个描述符；性能参数包括每种晶体的每单位阳离子i的结合能，含有阳离子A的立方晶体的每种晶胞的弹性张量常数和，含有阳离子A的立方晶体的每种晶胞的体模量和Voigt平均的剪切模量的乘积。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述每单位阳离子i的结合能的计算方法为：

利用步骤2-2获得的晶胞能量减去相同数目和种类的单个原子的能量之和，计算公式为：

式中，M为晶体晶胞中阳离子i的数目，和分别是单个阳离子i和单个氧原子O在一个晶胞里能量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2-1构造具有不同对称性的氧化物晶体的原子结构模型，作为分子动力学计算的晶胞，包括：

（1）对于+1价阳离子，按照CaF₂结构构造晶体，氧离子组成面心立方结构，阳离子在面心立方的四面体间隙；

（2）对于+2价阳离子，按照NaCl结构构造晶体，阳离子组成面心立方结构，氧离子在面心立方的六面体间隙；

（3）对于+3价阳离子，按照α-Al₂O₃结构构造晶体；

（4）对于+4价阳离子，按照CaF₂结构造晶体，阳离子组成面心立方结构，氧离子在面心立方的四面体间隙。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤1中构建弹性模量数据库时，还包括，对采集到的组分构成不同的氧化物玻璃材料的弹性模量数据进行预处理：

针对两两玻璃成分，判断以下两个条件是否同时成立：

条件1：玻璃成分中，每种氧化物组元的成分的摩尔比差值小于等于第一预设阈值，单位为百分比；

条件2：两种玻璃的弹性模量的差值大于第二预设阈值，单位为百分比；

若同时成立，则将对应的两种玻璃成分和相应的弹性模量数据从弹性模量数据库中剔除。