基于Matcloud的聚氨酯材料力学性能预测开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.

1. 1. 研究目的及意义

1.1目的

(1)全面了解材料基因工程的概念和内涵;

(2)掌握高通量材料集成计算及数据管理平台MatCloud的使用;

(3)以聚氨酯材料为例,利用MatCloud平台进行案例计算;

(4)利用MatCloud平台获得聚氨酯材料分子量与材料力学性能之间的关系。

1.2国内外研究现状

材料基因工程将传统的实验筛选方法与高通量计算和大数据技术相结合,通过物理模型、数学计算和材料学原理等方法预测材料的组成、结构和性质,使新材料研发从完全经验型向理论预测型转变,被认为是材料研发方式的一次革命性变革[1-2]。材料基因工程的核心理念,是通过计算、数据和实验“三位一体”的方式,变革传统的主要基于经验和实验的“试错法”材料研发模式,把发现、开发、生产和应用新材料的速度提高到目前的两倍。它旨在建立一个新的以计算模拟和理论预测优先、实验验证在后的新材料研发文化,从而取代现有的以经验和实验为主的材料研发的模式,这就会需要高通量集成计算基础平台和软件框架[3-4]

1.2.1国外研究现状

2011年,美国启动了材料基因组计划,其目标是把发现、开发、生产和应用先进材料的速度提高一倍、成本降低一倍,以提高美国的在新材料研发领域的全球竞争力。2011年6月24日,美国总统奥巴马宣布了一项超过5亿美元的“先进制造业伙伴关系”计划,其中一项举措就是实施“材料基因组计划”(Materials Genome Initiative,MGI),几乎是同时,欧洲也启动了“加速冶金”(Accelerated Metallurgy,AccMet)计划。这两项大型的研究计划都意在加速材料研发和应用的速度,并通过降低研发成本和周期降低失败风险。美国试图打造全新“环形”开发流程,推动材料科学家重视制造环节,并通过搜集众多实验团队以及企业有关新材料的数据、代码、计算工具等,构建专门的数据库实现共享,致力于攻克新材料从实验室到工厂这个放大过程中的问题;欧洲则认为,在过去一万年,对人类的技术进步,相比其他材料,金属和合金贡献最大,加之欧盟历来重视防范原材料的风险,因而此次专注于高性能合金的开发[5-7]

1.2.2国内研究现状

中国科学院、中国工程院正在组织相关的咨询调研工作。国内不少钢铁企业已经率先认识到计算机模拟的重要性,引进了热力学、动力学等计算软件及数据库,用于高附加值优质钢铁材料的研发。国内高等院校和科研院所在第一性原理计算、分子动力学计算、材料设计、材料表征、性能测量、计算热力学与动力学、有限元分析模拟、多尺度集成计算及材料数据库建设等相关领域开展了基础性的工作。中国科学院和中国工程院于2011年底召开以“材料科学系统工程”为主题的香山科学会议,以师昌绪和徐匡迪为代表的多位院士提出中国应尽快自主建立以高通量材料计算模拟、高通量组合材料实验、材料共享数据库为基础的“材料基因组计划”平台[8]。2012年12月,由工程院领衔的“材料科学系统工程发展战略研究——中国版材料基因组计划”重大项目启动。2013年11月11-12日,中国科学院“材料基因组计划”咨询项目研讨会在北京召开,与会人员就材料基因组中的高通量计算与材料预测、高通量材料组合设计实验、数据库建立与科学管理和先进物性实验及表征等内容做了专题报告[5]

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