生成多孔材料图像文件虚拟孪生体的系统和方法与流程

本发明涉及多孔材料的基于化学的3d建模，并且更具体地，涉及建模的微结构的成像。

背景技术：

1、分析多孔材料的原始和典型工作流程始于使用实验显微镜3d成像技术，如micro-ct(微米计算机断层扫描)和fib-sem(聚焦离子束扫描电子显微镜)。这些实验3d图像用于重建待分析材料的3d结构。然而，这种基于图像的工作流程不适用于无可获得实验数据的任何材料，例如新设计的材料、不存在的和虚拟设计的材料，以及纳米孔低于典型实验测量限值的多孔材料。虽然基于晶格玻尔兹曼方法(lbm)的应用已经用于通过粗粒化模拟方法生成的电池电极结构的流体流动模拟，但是lbm方法不包括通用框架。

2、实验micro-ct图像或fib-sem图像通常是不可获得的，或者仅在环境条件下测量，而不是在温度和压力条件可能远高于环境条件的原位条件下测量。这可能会影响待成像的实际微观结构。此外，这种实验对检测到的孔的尺寸有限制(例如，在0.01微米的数量级上)，并且很多时候这些较小的孔与更大数量级的较大的孔共存，而这些较大的孔也需要在捕获的图像中进行统计表示。此外，扫描并产生纳米尺度的孔的图像是困难且昂贵的。而且，取决于材料的固有化学性质，孔径、形状、分布、通道等在不同条件下可能会不同。因此，工业中需要为新设计的材料、不存在的和虚拟设计的材料和/或纳米孔低于典型实验测量限值的多孔材料合成精确的类ct图像。

技术实现思路

1、本发明的实施方式提供了用于生成多孔材料的虚拟孪生体(virtual twins)的系统和方法。简言之，本发明涉及产生多孔材料的伪微型计算机断层扫描(类ct)图像。生成多孔材料体系的基于化学的3d结构，并确定3d结构的康诺利(connolly)表面。由康诺利表面计算3d基于化学的结构的体积场。生成具有体积场的逐层信息的文本格式文件层。文本格式层文件被转换成raw格式的类ct的二进制图像文件。二进制图像文件被转换成黑白或灰度图像。进行孔径分析(psa)模拟以产生多孔材料体系的颗粒图像和孔图像。

2、实现本发明的系统有助于研究多孔材料的结构特性和多孔材料中的流动特性，而无需来自实验的任何类ct图像。

3、通过审阅下面的附图和详细描述，本发明的其他系统、方法和特征对于本领域普通技术人员来说是或者将变得明显。旨在将所有这些附加系统、方法和特征囊括在本说明书中，在本发明的范围内，并受所附权利要求的保护。

技术特征：

1.一种生成用于制造的多孔材料的伪微型计算机断层扫描(类ct)图像的基于计算机的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤:

3.根据权利要求1所述的方法，其中，生成具有所述体积场的逐层信息的文本格式文件还包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的方法，其中，将文本格式层文件转换成raw格式的二进制图像文件还包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的方法，其中，生成多孔材料体系的基于化学的3d结构还包括在介观尺度水平上建模所述多孔材料的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在介观尺度水平上建模所述多孔材料还包括耗散粒子动力学(dpd)模拟。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括使用所述多孔材料体系中每个粒子的溶解度参数生成dpd力场输入参数的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述多孔材料的机械性能包括使用类似材料的实验机械性能。

10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：当实验数据不可获得时，由全原子分子动力学(md)模拟获得所述多孔材料的机械性能的步骤。

11.根据权利要求5所述的方法，其中，在介观尺度水平上建模所述多孔材料还包括粗粒化(cg)模拟。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括以下步骤：

13.一种用于建模多孔材料、生成多孔材料的伪微型计算机断层扫描(类ct)图像以及分析用于制造的多孔材料的系统，包括：

技术总结
产生多孔材料的伪微型计算机断层扫描(类CT)图像。生成多孔材料体系的基于化学的3D结构，并确定3D结构的康诺利表面。由康诺利表面计算基于化学的3D结构的体积场。生成具有体积场的逐层信息的文本格式文件层。将文本格式层文件转换成RAW格式的类CT二进制图像文件。将二进制图像文件转换成黑白或灰度图像。进行孔径分析(PSA)模拟以产生多孔材料体系的颗粒图像和孔图像。

技术研发人员：韩在范,L·苏布拉马尼安,斯蒂芬·托德,R·萨拉扎尔-蒂奥,加纳帕蒂·拉曼·巴拉苏布拉马尼安,K·斯金纳,萨比娜·施魏策尔
受保护的技术使用者：达索系统美国公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/7