Enabling high throughput molecular dynamics with automation and machine learning for development of advanced engineering polymers
通过自动化和机器学习实现高通量分子动力学,以开发先进的工程聚合物
基本信息
- 批准号:2270926
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Studentship
- 财政年份:2019
- 资助国家:英国
- 起止时间:2019 至 无数据
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Computational modelling is of increasing importance to materials science and engineering. Modelling has clear advantages over laboratory work: it is infinitely repeatable, generates a wealth of useable data, doesn't produce waste material, and is considerably cheaper in terms of both cost, and time investment. However, current modelling simulations are limited to the length scale (e.g. macroscale or atomistic) for which they were designed, which ultimately limits their application scope. This work aims to develop a methodology that enables bridging between scales to produce a true multiscale modelling experiment. This novel advancement would enable the production of high accuracy models for complex structures. These models would facilitate rapid prototyping and reduce reliance on physical testing. Furthermore, an additional objective of this work will be to expand the modelling potential of composite structures, particularly in low length scale simulations, and incorporate this into the multiscale model methodology.This work will model atomistic chemical structures of polymers, nanomaterials and carbon fibre by using molecular dynamics (MD). MD is well suited to modelling the curing process of polymer structures and how they interact with other materials such as at the surface of carbon fibre. The final structure and material properties determined by MD will then be fed into mesoscale models, raising the scale from nanometre to micrometre. These models will reveal how a polymer matrix and carbon fibre act in a single composite ply and can be used to explain the mechanical properties of a material. Finally, the results of the mesoscale model will be used to produce a high-quality finite element (FE) model. FE analysis is able to demonstrate how large, tangible structures, such as beams, panels or trusses, respond to external loads. Using material originally modelled in MD allows for detailed material properties in the FE model, enhancing the accuracy of the model and identifying materials that have potential to cater to a given task. This whole process can be repeated with different starting materials to refine the final properties of structure being modelled.Application of this work is broad as any development of modelling technology not only enhances inorganic materials modelling (e.g. metals, batteries, superconductors) but also biological modelling for the world of drug design. In composites, this multiscale modelling would be of significant interest to the aerospace, automotive and renewables industries to aid in the design of complex structures such as wind turbines. Of equal importance, the technology could be of interest to materials manufacturers as it has the potential to accelerate materials discovery and further the development of bespoke materials.
计算建模对材料科学和工程越来越重要。与实验室工作相比,建模具有明显的优势:它可以无限重复,生成大量可用数据,不会产生废料,并且在成本和时间投资方面都相当便宜。然而,目前的建模模拟仅限于它们设计的长度尺度(例如宏观尺度或原子尺度),这最终限制了它们的应用范围。这项工作的目的是开发一种方法,使规模之间的桥梁,以产生一个真正的多尺度建模实验。这一新的进步将使复杂结构的高精度模型的生产成为可能。这些模型将有助于快速制作原型,减少对物理测试的依赖。此外,这项工作的另一个目标将是扩大复合材料结构的建模潜力,特别是在低长度尺度模拟,并将其纳入多尺度模型方法。这项工作将使用分子动力学(MD)模拟聚合物,纳米材料和碳纤维的原子化学结构。MD非常适合模拟聚合物结构的固化过程以及它们如何与其他材料相互作用,例如在碳纤维表面。然后,由MD确定的最终结构和材料属性将被输入中尺度模型,将尺度从纳米提高到微米。这些模型将揭示聚合物基质和碳纤维如何在单一复合材料层中起作用,并可用于解释材料的机械性能。最后,中尺度模型的结果将用于生成高质量的有限元(FE)模型。有限元分析能够演示大型有形结构(如梁、面板或桁架)对外部载荷的响应。使用最初在MD中建模的材料可以在FE模型中提供详细的材料特性,提高模型的准确性,并识别有潜力满足给定任务的材料。这一整个过程可以用不同的起始材料重复进行,以改进被建模结构的最终性质。这项工作的应用范围很广,因为建模技术的任何发展不仅增强了无机材料建模(例如金属,电池,超导体),而且还增强了药物设计世界的生物建模。在复合材料中,这种多尺度建模将对航空航天、汽车和可再生能源行业产生重大影响,有助于设计风力涡轮机等复杂结构。同样重要的是,该技术可能会引起材料制造商的兴趣,因为它有可能加速材料发现和进一步开发定制材料。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
AutoMapper: A python tool for accelerating the polymer bonding workflow in LAMMPS
AutoMapper:一个用于加速 LAMMPS 中聚合物粘合工作流程的 Python 工具
- DOI:10.1016/j.commatsci.2022.111204
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:3.3
- 作者:Bone M
- 通讯作者:Bone M
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