(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 202211227146.0 (22)申请日 2022.10.09 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 谭忆秋　李冠男　刘爽　吕慧杰　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 专利代理师 侯静 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 沥青粗粒化分子动力学建模与微观结构分 析方法 (57)摘要 沥青粗粒化分子动力学建模与微观结构分 析方法， 本发 明为了解决现有基于全原子模拟的 分子动力学方法难以实现介观尺度的模拟研究 等问题。 建模 方法： 一、 根据沥青三组分分子的化 学特征建立沥青分子的粗粒化分子结构； 二、 根 据粗粒化粒子类型计算沥青粗粒化分子动力学 力场参数， 粗粒化分子动力学力场 UCG＝Unon‑bond+ Ubond； 三、 沥青粗粒化分子动力学模型建模进行 模型平衡。 本发 明以热力学与统计力学理论为基 础， 提出了改良的沥青粗粒化力场参数计算方 法， 获得了沥青粗粒化力场， 有效扩展了沥青分 子动力学研究尺度， 实现了沥青微观结构有效表 征， 从而准确预测了沥青在不同温度下的微观结 构。 权利要求书2页 说明书9页 附图8页 CN 115495970 A 2022.12.20 CN 115495970 A 1.沥青粗粒化分子动力学建模方法， 其特征在于该沥青粗粒化分子动力学建模方法按 照以下步骤实现： 一、 根据沥青三组分 分子的化学 特征建立沥青分子的粗粒化分子结构 沥青三组分分子为沥青质分子、 饱和分分子和芳香分分子， 沥青分子中的多环芳烃采 用三角形 的粗粒化形式， 长链状烷烃采用链状的粗粒化形式， 芳香萘类分子采用双粗粒化 粒子； 二、 根据粗粒化粒子类型计算沥青粗粒化分子动力学力场参数 采用Materials  Studio软件对每个粒子的力场参数进行计算， 粗粒化分子动力学力场 UCG＝Unon‑bond+Ubond， 其中Unon‑bond为非键势函数， Ubond为成键势函数； 其中Ubond＝Uharmonic(r)+Uangel( θ )+Utorision( θ )， Uharmonic为成键粒子间的简谐振动势， Uangel为成键粒子间的键角势， Utorision为面外摇摆势； Unon‑bond＝ULJ+Uelc， ULJ为非键粒子的范德华势， Uelc为非键粒子的静电势； 三、 沥青粗粒化分子动力学模型建模采用MaterialsStudio软件进行模型平衡 的步骤 如下： a、 采用BuildMesostructureTemplate模块构建周期性单元格， 初始盒子边长设置为 然后采用Bui ld Mesostucture按分子相对数量比与初始密度投放分子； b、 采用Mesocite模块进行计算， 首先对模型进行几何优化， 确保模拟体系的能量最小 化； c、 采用模拟步长为0.1fs的NVT系综对模型进行检查， 控制温度为533.15 ‑573.15K， 模 拟时间为5 00‑2000ps； d、 采用模拟步长为1 ‑40fs的NVT系综使各组分分子能够随机运动组合， 温度取为 533.15‑573.15K， 模拟时间为 4‑20ns； e、 施加8‑10个标准大气压， 采用模拟步长为1 ‑40fs的NPT系 综使模拟体系体积进行压 缩， 温度为5 33.15K， 模拟时间为3 ‑20ns； f、 将模拟压强降压至1个标准大气压， 采用模拟步长为1 ‑40fs的NPT系综对模拟体系继 续弛豫， 模拟时间为1 ‑20ns； 从而建立沥青粗粒化分子动力学模型。 2.根据权利要求1所述的沥青粗粒化分子动力学建模方法， 其特征在于步骤二中 Utorision的取值为0。 3.根据权利要求1所述的沥青粗粒化分子动力学建模方法， 其特征在于步骤二中成键 粒子间的简谐振动势Uharmonic的计算公式如下： 其中， r为粗粒化动力学模拟过程中粒子间的质心距离， rbond为粗粒化粒子在原有分子 结构中的质心 距离， Kharmonic为成键粒子间的弹簧常数。 4.根据权利要求1所述的沥青粗粒化分子动力学建模方法， 其特征在于步骤二中成键 粒子间的键角势Uangel( θ )的计算公式如下： 其中θ为粗粒化动力学模拟过程中粒子间的质心键角， θ0为粗粒化粒子在原有分子 结构权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115495970 A 2中的质心键角， Kangel为粗粒化力场参数。 5.根据权利要求1所述的沥青粗粒化分子动力学建模方法， 其特征在于步骤二中非键 粒子的范德华势ULJ的计算公式如下： 式中σij为非键粒子间的平衡距离， εij为力常数。 6.根据权利要求1所述的沥青粗粒化分子动力学建模方法， 其特征在于步骤a中初始密 度设置为0.2g/ cm3。 7.根据权利要求1所述的沥青粗粒化分子动力学建模方法， 其特征在于步骤c中采用模 拟步长为0.1fs的NVT系综对 模型进行检查， 控制温度为5 33.15K， 模拟时间为5 00ps。 8.根据权利要求7所述的沥青粗粒化分子动力学建模方法， 其特征在于步骤d中采用模 拟步长为1fs的NVT系综使各组分 分子能够随机运动组合， 温度取为5 33.15K。 9.根据权利要求7所述的沥青粗粒化分子动力学建模方法， 其特征在于步骤e中施加8 ‑ 10个标准大气压， 采用模拟步长为1fs的NPT系综使模拟体系体积进行压缩， 温度为 533.15K， 模拟时间为3 ‑6ns。 10.如权利要求1所述的沥青粗粒化分子动力学模型的应用， 其特征在于基于沥青粗粒 化分子动力学模型对沥青微观结构动态演化规律、 聚集体的微观结构组成和沥青粗粒化分 子动力学模型的扩散行为进行分析。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115495970 A 3