【技术实现步骤摘要】
本申请涉及复合材料筛选，更具体地说，它涉及一种准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计。
技术介绍
1、近几十年来，聚合物基复合材料由于具有较高的比强度和抗腐蚀能力以及较低的热膨胀系数等优点，在体育、汽车、航空航天和先进电子材料等领域得到了广泛的应用。在聚合物基复合材料的制备中，选择具有最高填充密度的配方对于实现材料的优化性能至关重要。具有最高填充密度的配方能够最大限度地利用填料，并提供材料所需的特定性能，这在学术和工业应用方面都具有重要意义。
2、考虑到实验研究成本高、周期长，目前国内外很多关于球形填料最高填充密度的研究是基于计算模拟或者模型分析的方法。例如离散元方法可以模拟颗粒之间的相互作用和排列，通过对颗粒随机填充进行模拟，可以得到填充密度的统计分布，并找到在模拟条件下的最高填充密度。利用数学模型和理论分析，对颗粒的形状、尺寸分布、填充过程等进行假设和简化，并利用几何学和统计学方法进行推导，可以从理论上推导和预测球形颗粒随机填充的最高填充密度。
3、计算模拟方法的计算复杂性较高，尤其在大规模模拟时，计算时间和内存需求会显著增加，对于复杂的颗粒间相互作用和碰撞处理可能需要更复杂的模型和算法。理论分析和数学模型通常基于一定的假设和简化，可能无法完全反映实际填充过程中的复杂性。
技术实现思路
1、本公开提供了一种准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，目的在于理论模型过于简化以及计算模拟方法的计算效率低的问题。
3、(1)构建初始结构：建立一个高填充密度的结构；
4、(2)结构弛豫：通过动力学方法对体系进行弛豫，在所述弛豫过程中保证所有体系的降温过程保持一致；
5、(3)输出重叠量：对比所有体系的重叠量，具有最小重叠量的体系相对其它体系具有更高的填充密度上限；
6、(4)筛选得到最优配方：通过对比重叠量的大小，筛选得到填充密度最高的配方。
7、优选的，所述步骤(1)中，通过实验测量获得颗粒的粒径分布信息，根据体系中大颗粒的直径大小确定代表性体积单元(rve)的大小；初始rve的边长为大颗粒数量分布最高峰的粒径数值的四倍。
8、优选的，所述步骤(1)中，根据rve的体积、填充密度、颗粒填充分数和粒径分布可以得到颗粒的直径和每种直径对应的颗粒数量；程序会对大颗粒的数量做出限制，体系的总颗粒数体现出粒径的分布，范围自行定义；大颗粒的数量过多根据限定的范围减小rve的尺寸，大颗粒数量过少相应的增大rve的尺寸。
9、优选的，所述步骤(2)中，确定了rve和颗粒的信息后，采用随机撒点的方式确定颗粒在rve中的位置信息；获得随机生成的初始结构后，颗粒之间存在重叠，所述重叠将通过颗粒动力学(lammps中的granular方法)的方式消除。
10、优选的，所述颗粒动力学通过计算颗粒之间的重叠体积、颗粒本身的杨氏模量和泊松比确定颗粒-颗粒之间的作用力；颗粒之间碰撞其动能会根据恢复系数和摩擦等参数的设置减小，颗粒之间的重叠也会在运动过程中消除。
11、优选的，所述步骤(3)中，所述弛豫过程中计算所有颗粒的总重叠体积占颗粒总体积的百分比。
12、优选的，所述步骤(3)中，所述弛豫过程中所有体系的温度变化一致。
13、优选的，所述步骤(2)中，对于不同的颗粒组合其降温过程是不同的。
14、优选的，所述步骤(1)中，设置较高填充密度在85％-95％。
15、综上所述，本申请具有以下有益效果：
16、1、由于本申请中对具有大粒径比的配方进行筛选，颗粒可具有任意粒径分布；
17、2、本申请相比之前的模拟计算方法所需的时间和计算资源更少，计算效率得到了显著的提高；
18、3、本申请当不同体系填充密度相同且该密度相对较高时，拥有更高填充密度上限的体系相对重叠量会更小，因此采用重叠量的百分比作为判断标准。
19、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开的保护范围。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述步骤(1)中，通过实验测量获得颗粒的粒径分布信息，根据体系中大颗粒的直径大小确定代表性体积单元(RVE)的大小；初始RVE的边长为大颗粒数量分布最高峰的粒径数值的四倍。
3.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述步骤(1)中，根据RVE的体积、填充密度、颗粒填充分数和粒径分布可以得到颗粒的直径和每种直径对应的颗粒数量；程序会对大颗粒的数量做出限制，体系的总颗粒数体现出粒径的分布，范围自行定义；大颗粒的数量过多根据限定的范围减小RVE的尺寸，大颗粒数量过少相应的增大RVE的尺寸。
4.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述步骤(2)中，确定了RVE和颗粒的信息后，采用随机撒点的方式确定颗粒在RVE中的位置信息；获得随机生成的初始结构后，颗粒之间存在
5.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述颗粒动力学通过计算颗粒之间的重叠体积、颗粒本身的杨氏模量和泊松比确定颗粒-颗粒之间的作用力；颗粒之间碰撞其动能会根据恢复系数和摩擦等参数的设置减小，颗粒之间的重叠也会在运动过程中消除。
6.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述步骤(3)中，所述弛豫过程中计算所有颗粒的总重叠体积占颗粒总体积的百分比。
7.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述步骤(3)中，所述弛豫过程中所有体系的温度变化一致。
8.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述步骤(2)中，对于不同的颗粒组合其降温过程是不同的。
9.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述步骤(1)中，设置较高填充密度在85％-95％。
...【技术特征摘要】
1.一种准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述步骤(1)中，通过实验测量获得颗粒的粒径分布信息，根据体系中大颗粒的直径大小确定代表性体积单元(rve)的大小；初始rve的边长为大颗粒数量分布最高峰的粒径数值的四倍。
3.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述步骤(1)中，根据rve的体积、填充密度、颗粒填充分数和粒径分布可以得到颗粒的直径和每种直径对应的颗粒数量；程序会对大颗粒的数量做出限制，体系的总颗粒数体现出粒径的分布，范围自行定义；大颗粒的数量过多根据限定的范围减小rve的尺寸，大颗粒数量过少相应的增大rve的尺寸。
4.根据权利要求1所述的准确快速筛选具有最高随机填充密度的球形填料配方的仿真设计，其特征在于，所述步骤(2)中，确定了rve和颗粒的信息后，采用随机撒点的方式确定颗粒在rve中的位置信息；获得随机生成的初始结构后，颗粒之间存在重叠，所述重叠将通过颗粒动力学...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙晨，鲁济豹，王伟，孙蓉，
申请(专利权)人：深圳先进电子材料国际创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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