面向含能材料高通量设计的交互式系统研发
发布时间：2021-03-26 01:52
含能材料也叫“高能化合物”,泛指爆炸物或者广义的炸药,其涵盖推进剂（火药）,猛炸药和起爆药等,覆盖范围极其广泛。传统的含能材料研发模式主要以实验为主,即通过爆炸之后得到的参数再进行下一步的研究。近年来随着计算机技术的高速发展,出现了以“计算”为手段的含能材料研发模式,但目前该模式的实现形式存在着人机交互复杂、计算效率低下、数据分析繁琐以及周期太长等问题,仍然不足以满足当前材料发展的需求。高通量计算的技术核心是“体系结构级的数据流思想”,强调高通量、强实时、低延迟以及易扩展等特征,高通量的研发模式是目前材料研发领域最好的解决方法之一。尽管高通量研究已经在其他材料研究领域广为使用,但目前含能材料领域缺少一款专门的含能材料高通量设计交互式系统。所开发系统以母体（mol）和取代基（smiles）作为输入,通过高通量模式生成大量分子,然后将这些分子在超算平台上进行量化计算,最后将分析完成的数据返回给用户,供用户筛选。本文的工作主要体现在以下几个方面:1.参与构建了一个含能材料高通量设计的交互式平台。该交互式平台,集成了命令输入、数据分析展示、分子绘制以及分子3D结构展示等功能,相比于传统的通过命...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
mol2存储格式图
西南科技大学硕士学位论文83.从原子列表结束行的下一行到键列表结束时当前分子的键信息块，其包含着当前扥自的所有的键信息。键信息块的每一行能够清晰的描述当前键的连接原子、键类型、任何键的立体化学信息以及拓扑结构(如链状或者环状)。4.其最后几行则是mol格式文件的补充信息，其包含着当前文件是由哪种软件生成、标识原子编号以及提供未来的可扩展性等信息。mol格式的文件信息如图2-4所示。图2-4mol格式文件信息图Figure2-4fileinformationinmolformat2.2rdkit介绍rdkit是利用c++和python编写的化学信息学和和机器学习软件的集合[25]。在化学信息学领域rdkit是常用的化学信息学和机器学习库，其可以对常见的分子格式进行读写，例如对mol、mol2、smiles等格式的文件进行读取，也可以将mol、mol2等格式的信息写入到文件，方便数据的存储。它可以在不同的分子格式之间进行格式转换，例如将mol转为mol2，将smiles转为mol等。rdkit还可以在一个分子结构中进行子结构检索，也就是将一个大的分子结构拆分成多个小分子结构，从而找出其中的结构组成这样的功能便于化学信息学人员对分子结构的拆分以及信息分析。在分子不是很复杂的情况下其也可以调用自己的力场（FF94等）对结构进行优化以得到正确的分子表达式。rdkit还可以根据已有的化学数据信息进行机器学习，能快速的对分子性能作出预测，方便下一代含能分
西南科技大学硕士学位论文10表2-1化学键连接关系邻接表Table2-1adjacencyofchemicalbondconnection原子连接关系原子连接关系原子连接关系原子连接关系0111101011011010每一行“1”的个数就是当前编号原子已经连接的化学键个数。将每个原子所连接的化学键个数统计之后通过比对原子化合价饱和度判断该位点是否可以被取代，如果可以被取代则将取代位点存成字典格式即取代位点和取代数，方便接下来取代基连接取代位点时进行位点识别。例如C原子的初始化合价态为+4价，饱和度为8，即C原子最多只能连4根化学键。假如遍历9号C原子的连接关系时，统计出9号C原子只连接了3根化学键，则该C原子还有一个位点可以被取代，因此就将9号C原子及其取代数存成{9:1}的格式。2.取代位点和取代基的连接方式为将取代位点的原子和取代基上可连接化学键的原子进行连接。为了识别取代基的连接点，首先将输入的取代基(smiles)左侧加一个7价碘原子(I)作为取代位点占位原子，方便取代时取代基的位点识别。碘原子(I)的化合价饱和度为8，因此碘原子只需要再连接一根化学键即可达到饱和状态，所以选择碘原子(I)作为占位原子最为合适。例如输入smiles格式的硝基(N(=O)=O)作为取代基，将碘原子(I)拼接在取代基的最左侧形成硝基碘(IN(=O)=O)，接下来运用rdkit将smiles格式的硝基碘(IN(=O)=O)转换成mol格式的硝基碘作为最终的取代基输入。硝基碘(IN(=O)=O)mol格式文件信息如图2-5所示。图2-5硝基碘mol格式文件信息Figure2-5fileinformationofnitroiodinemolformat
本文编号：3100719
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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西南科技大学硕士学位论文83.从原子列表结束行的下一行到键列表结束时当前分子的键信息块，其包含着当前扥自的所有的键信息。键信息块的每一行能够清晰的描述当前键的连接原子、键类型、任何键的立体化学信息以及拓扑结构(如链状或者环状)。4.其最后几行则是mol格式文件的补充信息，其包含着当前文件是由哪种软件生成、标识原子编号以及提供未来的可扩展性等信息。mol格式的文件信息如图2-4所示。图2-4mol格式文件信息图Figure2-4fileinformationinmolformat2.2rdkit介绍rdkit是利用c++和python编写的化学信息学和和机器学习软件的集合[25]。在化学信息学领域rdkit是常用的化学信息学和机器学习库，其可以对常见的分子格式进行读写，例如对mol、mol2、smiles等格式的文件进行读取，也可以将mol、mol2等格式的信息写入到文件，方便数据的存储。它可以在不同的分子格式之间进行格式转换，例如将mol转为mol2，将smiles转为mol等。rdkit还可以在一个分子结构中进行子结构检索，也就是将一个大的分子结构拆分成多个小分子结构，从而找出其中的结构组成这样的功能便于化学信息学人员对分子结构的拆分以及信息分析。在分子不是很复杂的情况下其也可以调用自己的力场（FF94等）对结构进行优化以得到正确的分子表达式。rdkit还可以根据已有的化学数据信息进行机器学习，能快速的对分子性能作出预测，方便下一代含能分
西南科技大学硕士学位论文10表2-1化学键连接关系邻接表Table2-1adjacencyofchemicalbondconnection原子连接关系原子连接关系原子连接关系原子连接关系0111101011011010每一行“1”的个数就是当前编号原子已经连接的化学键个数。将每个原子所连接的化学键个数统计之后通过比对原子化合价饱和度判断该位点是否可以被取代，如果可以被取代则将取代位点存成字典格式即取代位点和取代数，方便接下来取代基连接取代位点时进行位点识别。例如C原子的初始化合价态为+4价，饱和度为8，即C原子最多只能连4根化学键。假如遍历9号C原子的连接关系时，统计出9号C原子只连接了3根化学键，则该C原子还有一个位点可以被取代，因此就将9号C原子及其取代数存成{9:1}的格式。2.取代位点和取代基的连接方式为将取代位点的原子和取代基上可连接化学键的原子进行连接。为了识别取代基的连接点，首先将输入的取代基(smiles)左侧加一个7价碘原子(I)作为取代位点占位原子，方便取代时取代基的位点识别。碘原子(I)的化合价饱和度为8，因此碘原子只需要再连接一根化学键即可达到饱和状态，所以选择碘原子(I)作为占位原子最为合适。例如输入smiles格式的硝基(N(=O)=O)作为取代基，将碘原子(I)拼接在取代基的最左侧形成硝基碘(IN(=O)=O)，接下来运用rdkit将smiles格式的硝基碘(IN(=O)=O)转换成mol格式的硝基碘作为最终的取代基输入。硝基碘(IN(=O)=O)mol格式文件信息如图2-5所示。图2-5硝基碘mol格式文件信息Figure2-5fileinformationofnitroiodinemolformat
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