(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211144200.5 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 杨剑群　荆宇航　徐晓东　魏亚东　 李兴冀　李伟奇　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 鲍丽伟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种聚合物建模仿真方法及应用 (57)摘要 本发明提供了一种聚合物建模仿真方法及 应用， 涉及高分子材料仿真技术领域， 具体而言， 方法包括如下步骤： 步骤S1： 获取单体的全原子 结构模型， 建立单体的粗粒化结构模型， 并获取 粗粒化结构模型的力场； 步骤S2： 利用聚合反应 模型描述粗粒化结构模型的聚合反应过程， 结合 蒙特卡洛随机反应方法计算并调控聚合反应程 度， 待聚合反应结束后， 进行结构松弛， 得到聚合 物粗粒化的交联网络模型； 步骤S3： 对聚合物粗 粒化的交联网络模型进行反向映射， 结构松弛后 得到聚合物的全原子交联网络结构 模型。 本发明 降低了仿真难度， 简化了仿真过程， 突破了传统 的聚合物建模的局限性， 实现大尺度、 无定 形、 接 近真实链构象的聚合物全原子的交联网络结构 建模。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115495903 A 2022.12.20 CN 115495903 A 1.一种聚合物建模仿真方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1： 获取单体的全原子结构模型， 建立所述单体的粗粒化结构模型， 并获取所述粗 粒化结构模型的力场； 步骤S2： 利用聚合反应模型描述所述粗粒化结构模型的聚合反应过程， 结合蒙特卡洛 随机反应方法计算并调控聚合反应程度， 待聚合反应结束后， 进 行结构松弛， 得到聚合物 粗 粒化的交联网络模型； 步骤S3： 对所述聚合物粗粒化的交联网络模型进行反向映射， 结构松弛后得到聚合物 的全原子交联网络结构模型。 2.根据权利要求1所述的聚合物建模仿真方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述获取单体 的全原子结构模型的方式包括： 利用建模方法获取， 程序创建或 从数据库中读取。 3.根据权利要求1所述的聚合物建模仿真方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述获取所述 粗粒化结构模型的力场的方式包括： 利用Mar tini模型或反向迭代玻尔兹曼 方法。 4.根据权利要求1所述的聚合物建模仿真方法， 其特征在于， 步骤S2中， 所述利用聚合 反应模型描述所述粗粒化结构模型的聚合反应过程， 结合蒙特卡洛随机反应方法计算并调 控聚合反应程度， 包括： 在分子动力学中描述所述粗粒化结构模型的聚合反应过程， 结合蒙特卡洛随机反应方 法， 通过获取聚合反应的反应速率计算聚合反应的反应几率， 通过调控所述反应速率调控 聚合反应的反应几率。 5.根据权利要求4所述的聚合物建模仿真方法， 其特征在于， 步骤S2中， 所述聚合反应 的反应几率的计算公式为： 聚合反应的反应几率 ＝ τ*Sp/[R*]， 其中， τ 是进行蒙特卡洛判断的时间 间隔， Sp是反应速率， [R*]是活性 位点浓度。 6.根据权利要求5所述的聚合物建模仿真方法， 其特征在于， 所述获取反应速率的方式 包括： 实验获取或通过量子化学计算的反应能垒推导。 7.根据权利要求1所述的聚合物建模仿真方法， 其特征在于， 所述调控所述反应速率的 方式包括： 对影响聚合反应反应速率的参数进行调控， 所述参数至少包括： 反应时间、 反应温度和 压力变化。 8.根据权利要求1所述的聚合物建模仿真方法， 其特征在于， 步骤S3中， 所述对所述聚 合物粗粒化的交联网络模型进行反向映射还 包括： 插入粗粒化粒子代表的全原子基团进行反向映射 时， 利用能量最小化算法选择插入片 段的取向和位置 。 9.聚合物建模仿真方法的应用， 其特征在于， 将权利要求1 ‑8中任一项所述的聚合物建 模仿真方法用于聚合物材 料设计领域。 10.根据权利要求9所述的聚合物建模仿真方法的应用， 其特征在于， 所述聚合物材料 包括聚酰 亚胺、 聚氰酸酯、 聚芳炔和聚环氧乙烷。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115495903 A 2一种聚合物建模仿真方 法及应用 技术领域 [0001]本发明涉及高分子材料仿真技术领域， 具体而言， 涉及一种聚合物建模仿真方法 及应用。 背景技术 [0002]聚合物的局部原子空间排布受到杂化轨道影响而具有一定的几何构型， 然而聚合 物分子链的构象具有随机性， 且不具备周期性和长程有序性， 但是分子链构象又符合一定 的统计学分布， 因此， 对聚合物的结构建模提出了挑战。 聚合物传统建模方法为有序规则生 成法， 比如Materialstudio的build  polymer模块采用该方法， 生成的聚合物模型为直线型 结构， 与真实的分子链无规结构相 差较大， 尤其是不能够生成具有交联网络的热固性聚合 物树脂材料 的模型。 又因交联聚合物的交联网络结构受到加工条件影响， 需要在建模过程 中考虑聚合反应过程， 但由于聚合物尺 寸大(分子量 1～100万g/mol)， 无法直接采用全原子 模型模拟聚合反应过程， 因此， 现阶段无法突破传统的聚合物建模的局限性实现对聚合物 的自动化建模仿真。 发明内容 [0003]本发明解决的问题是如何实现聚合物的自动化建模仿真。 [0004]为解决上述问题， 本发明提供一种聚合物建模仿真方法， 包括如下步骤： [0005]步骤S1： 获取单体的全原子结构模型， 建立所述单体的粗粒化结构模型， 并获取所 述粗粒化结构模型的力场； [0006]步骤S2： 利用聚合反应模型描述所述粗粒化结构模型的聚合反应过程， 结合蒙特 卡洛随机反应方法计算并调控聚合反应程度， 待聚合反应结束后， 进 行结构松弛， 得到聚合 物粗粒化的交联网络模型； [0007]步骤S3： 对所述聚合物粗粒化的交联网络模型进行反向映射， 结构松弛后得到聚 合物的全原子交联网络结构模型。 [0008]进一步地， 步骤S1中， 所述获取单体的全原子结构模型的方式包括： 利用建模方法 获取， 程序创建或 从数据库中读取。 [0009]进一步地， 步骤S1中， 所述获取所述粗粒化结构模型的力场的方式包括： 利用 Martini模型或反向迭代玻尔兹曼 方法。 [0010]进一步地， 步骤S2中， 所述利用聚合反应模型描述所述粗粒化结构模型的聚合反 应过程， 结合 蒙特卡洛随机反应方法计算并调控聚合反应程度， 包括： [0011]在分子动力学 中描述所述粗粒化结构模型的聚合反应过程， 结合蒙特卡洛随机反 应方法， 通过获取聚合反应的反应速率计算聚合反应的反应几率， 通过调控所述反应速率 调控聚合反应的反应几率。 [0012]进一步地， 所述聚合反应的反应几率的计算公式为： [0013]聚合反应的反应几率 ＝ τ*Sp/[R*]，说　明　书 1/5 页 3 CN 115495903 A 3