一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，包括以下步骤：确定纳米复合材料的材料、厚度分布、势函数；使用分子动力学建模软件构建多层复合材料的目标模型；通过能量最小化和弛豫目标模型直至模型达到平衡态；给目标模型施加不同活塞冲击速度；输出纳米复合材料的应力、密度和温度分布，计算Hugoniot关系和评估能量耗散；揭示纳米复合材料在强动载荷下的作用机制；提出纳米复合材料设计策略和优化方法。本发明专利技术采用上述一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，该方法使用分子动力学方法以规避微尺度冲击实验技术成本高的缺点，揭示聚合物复合材料在极端应变率下冲击响应微观机制，为防护材料纳米级设计提供参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于基于分子动力学的冲击防护研究领域，具体涉及一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法。

技术介绍

1、防护材料和结构在日常使用过程中常受到各种不同形式的冲击和破坏，面临高温、高压和高应变率的极端环境。同时，聚合物和新型聚合物基复合材料由于其高比刚度、高比强度、高韧性等力学性能在冲击防护领域得到广泛应用。于是，表征聚合物复合材料的冲击响应并理解材料在相关极端条件下的动态行为非常关键。防护材料的冲击模拟按尺度可以分为宏观尺度和微观尺度，在宏观尺度上，聚合物复合材料的冲击模拟发展相对成熟，但精度受限于材料本构模型和材料参数。在微观尺度上，利用分子动力学方法可以描述材料在冲击过程中的微观结构演化，并揭示聚合物复合材料微观机制和耗散机理，由此发展的纳米复合材料在软防弹衣和航天器的防护罩等先进应用中具有广大前景。

2、目前，微尺度的冲击实验技术(激光诱导弹丸冲击试验lipit)成本高且周期长，且多限于微尺度撞击试样的冲击分析，而关于极端速率冲击过程和动态变形的信息很少，计算研究缺乏对纳米级聚合物复合材料应力波传播和失效机制的报道。因此，亟本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，其特征在于：步骤S1中，纳米复合材料的多层结构由软相层和硬相层交替组成，软相层为高分子聚合物，硬相层为金属或者石墨烯；保持目标模型的总厚度不变，通过改变中软相层厚度和硬相层厚度，设置多层结构的厚度。

3.根据权利要求2所述的一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，其特征在于：步骤S1中，若硬相层为金属，在不考虑断键的情况下，高分子聚合物全原子模型采用PCFF、CVFF、COMPASS非反应力场的势函数，金属...

【技术特征摘要】

1.一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，其特征在于：步骤s1中，纳米复合材料的多层结构由软相层和硬相层交替组成，软相层为高分子聚合物，硬相层为金属或者石墨烯；保持目标模型的总厚度不变，通过改变中软相层厚度和硬相层厚度，设置多层结构的厚度。

3.根据权利要求2所述的一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，其特征在于：步骤s1中，若硬相层为金属，在不考虑断键的情况下，高分子聚合物全原子模型采用pcff、cvff、compass非反应力场的势函数，金属采用eam势函数。

4.根据权利要求3所述的一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，其特征在于：步骤s1中，若硬相层为石墨烯，则高分子聚合物和石墨烯均采用粗粒化模型，选取适用于粗粒化模型的势函数；

5.根据权利要求4所述的一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，其特征在于：步骤s2中，分子动力学建模软件构建多层复合材料目标模型的具体方法为，

6.根据权利要求5所述的一种高应变率下聚合物复合材料作用机制的计算方法，其特征在于：步骤s4中，给目标模型施加不同活塞冲击速度具体为，划分目标模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李营，李玮洁，吴盈盈，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：