富勒烯作為一類輕質、高強度、高模量的納米材料,具有優(yōu)異的力學性質。富勒烯是完全由碳原子構成的中空分子,根據其所含碳原子數的不同形狀呈現(xiàn)球形、橢球形、柱形或管狀。C₆₀是富勒烯家族中豐度最高也是最容易獲得的一種分子構型,C₆₀是由60個碳原子構成的20個六元環(huán)和12個五元環(huán)鏈接組成的具有30個碳-碳雙鍵的空心球狀分子,與石墨烯存在同樣的碳的六元環(huán)結構。根據C₆₀以上結構特點,本文提出了富勒烯球增強環(huán)氧復合材料構型,通過分子動力學方法研究了富勒烯球增強環(huán)氧復合材料的力學及熱學性質。本文首先構建了富勒烯球增強體分子模型,通過分子動力學方法模擬環(huán)氧樹脂和固化劑的實際固化過程得到了交聯(lián)環(huán)氧樹脂單胞模型,將富勒烯球嵌入到環(huán)氧樹脂基體中得到了富勒烯球增強復合材料單胞模型,并對所得到的模型進行了結構優(yōu)化。通過對環(huán)氧樹脂單胞模型和復合材料單胞模型的密度分布曲線以及全原子徑向分布函數曲線進行對比分析,研究發(fā)現(xiàn)C₆₀的添加會降低材料的密度,提高材料內C-H共價鍵和C-O共價鍵分布的概率密度。之后研究了富勒烯球增強復合材料... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

碳納米管從樹脂基體拔出分子動力學模擬過程[64]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文14對應于模擬模型幾個到幾十個納米。描述一個分子體系，最基本的動力學參數包括粒子的位置，粒子的速度，粒子的受力以及時間δt。分子動力學模擬的一般過程包括模型的構建、動力學模擬過程、結構性能計算以及結果分析。通過分子模擬軟件構建單胞模型，然后將單胞模型導入分子動力學軟件進行動力學模擬，并通過物理規(guī)律計算結構性能，最后將模擬結果導入后處理軟件做可視化分析。本文利用分子模擬軟件MaterialStudio建模，運用開源分子動力學模擬軟件Lammps進行動力學分析，使用可視化及后處理軟件Ovito對模擬結果進行分析。具體流程如下圖所示：圖2-1分子動力學模擬流程2.2分子動力學模擬計算方法分子動力學模擬把多體系統(tǒng)中的每一個原子視為在其他原子核和電子所構成的勢場中按照經典牛頓運動規(guī)律進行運動，所以經驗勢場的選擇對計算結果的準確性尤為重要。求解牛頓運動方程時，需要模擬體系給出初始條件和邊界條件來求出定解，因此初始條件、邊界條件同樣非常重要。在整個模擬過程中，多體體系要保持一定的穩(wěn)態(tài)環(huán)境，來求解出穩(wěn)定的結果，所以要對體系設定系綜，選擇性控制體系的分子數、體積、溫度、壓強等參數。因此在做分子動力學模擬前，要選擇適合的勢嘗準確的初始條件和邊界條件、以及選擇適合的系綜才能做出準確的模擬結果。2.2.1力場勢函數是多體體系中任意原子受到其他原子核和電子合力作用組成的勢場的數學描述。對于含有不同元素類型的多體體系，勢函數的選擇要可以包含體系中所有類型的元素，并對不同類型的原子分配鍵系數、二面角系數、面系數以及

代步數，而且可以提高模擬計算的準確性，消除原體系中因為能量集中存在的不合理的形態(tài)。在做分子模擬時，有時候模擬的體系非常龐大，分子模擬為結果的精確性要統(tǒng)計體系中每一個原子的運動狀態(tài)，這就將引入極大的計算量。為了減少計算量提高計算效率，而要模擬的體系又正好是均質的或者體系內含有基本重復單元，就可以通過周期性邊界來做簡化處理。通過提取體系中的重復單元建立模擬單胞，并對單胞賦予周期性邊界。這樣就能通過對較小的單胞做分子動力學模擬來計算多體體系的性質。通過提取重復性單元做周期性簡化的示意圖如圖2-2所示。圖2-2周期性單胞選取示意圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]先進航空樹脂基復合材料研究與應用進展[J]. 益小蘇,張明,安學鋒,劉立朋.  工程塑料應用. 2009(10)



本文編號：3332146