橡膠是一種結(jié)構(gòu)和組成復雜的高分子復合材料,在許多領域都有廣泛的應用,尤其是輪胎、密封件和彈性材料。為了滿足這些應用,橡膠需要滿足相應的機械性能和熱學性能要求,于是需要有選擇地選擇聚合物和各種添加劑并混合以形成彈性復合材料。由于橡膠體系的復雜性,在實驗中很難觀察其微觀細節(jié),而計算機模擬可以從微觀角度深入了解物質(zhì)的細節(jié)變化。本文使用分子動力學方法（Molecular Dynamics Simulations,MD）研究了聚異戊二烯橡膠（Polyisoprene rubber,IR）的力學強度、往復形變的生熱性能和導熱性能。首先通過MD方法研究了交聯(lián)密度、填料含量、填料粒徑、界面強度、溫度和應變率對IR的力學性能和生熱的影響。研究發(fā)現(xiàn)存在最佳交聯(lián)密度使IR的生熱最小;隨著填充含量和界面強度的增加,IR的力學性能和生熱均快速升高;粒徑的增加可以減少體系中熱量的積累,但力學性能有所下降;溫度升高,IR的生熱減少,力學性能也隨之降低;在高應變率下,隨著應變率的提高,IR的機械性能和生熱性能都有明顯的升高。然后通過能量分析方式研究了IR的生熱性能。首先對動能和勢能分析發(fā)現(xiàn),填充后的IR中勢能變化遠遠... 

【文章來源】：安徽大學安徽省211工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

計算機模擬尺度[1]

安徽大學碩士學位論文5由此可見等溫等壓系綜是正則系綜的推廣，因此等溫等壓系綜的算法可以簡單的看作是改進正則系綜，其中除了嘗試在保持粒子位移以外還得嘗試在體積變化的過程中維持壓力不變，位移是否被接受由ΔE（能量變化）決定。在計算N-1個粒子的位移時，要重新評價N（N-1）個粒子之間的相互作用，所以理論上計算體積的變化要比粒子位移花費更多的時間，因此采用“標度”分子間勢能來避免繁雜的計算。在等溫等壓系綜的計算過程中，首先要對能量進行標度，初始構(gòu)象需要標定不同的系綜和參數(shù)。固體大多數(shù)使用面心格子標定粒子的初始狀態(tài)和計算初始的勢能，勢能函數(shù)的標度直接影響體積的變化，NPT系綜中分子鏈上的每一個構(gòu)象都是原子隨機移動和體積變化這兩個運動的結(jié)果。粒子移動涉及坐標的變化和處于下一位置的能量計算，并且決定整個體系能量的變化，這一計算不涉及體積的變化。涉及體積變化的是通過事先設定的變化范圍，隨機地重新變化模擬格子的長度。如果勢能已經(jīng)標度過了，系綜的能量可以通過新的標度體積，否則只能通過當前所有粒子成對作用勢來計算能量。等溫等壓系綜最核心方法是熱浴和控壓，一般使用Nosé-Hoover[44]恒溫恒壓來調(diào)節(jié)溫度和壓力。1)恒溫Nosé和Hoover在描述溫度是否達到恒定狀態(tài)時，引入了與熱源相關(guān)的參數(shù)ξ，熱源相關(guān)參數(shù)就是用來維持N、V、T值恒定。簡而言之就是在所研究的體系周圍存在一個更大的熱源，因為熱源足夠大，所以熱源與所研究的體系進行熱量交換時不會影響熱源整體的溫度，當熱源與體系達到動態(tài)熱平衡后，二者的溫度相同，以此方法來達到所研究的體系恒溫的目的。恒溫原理如圖1.2所示[45]。圖1.2Nosé-Hoover恒溫原理圖[45]Figure1.2Nosé-Hooverthermostatschematic[45]

第一章緒論62)恒壓1980年Anderson提出采用活塞式調(diào)控系統(tǒng)的體積，進而來調(diào)節(jié)體系的壓力，原理如圖1.3所示[45]。當所研究的體系壓力與外界壓力相同時，體系將維持在一定的體積，而當活塞壓縮體系達到平衡后，體系的體積就是模擬所需壓力時的體積，以此方式來調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的壓力變化。圖1.3MD恒壓原理圖[45]Figure1.3MDconstantpressureschematic[45]1.3.3初始條件a．初始化位型模擬開始首先要給定體系中各個分子的初始狀態(tài)（初始位置，初始速度），在模擬中人為的先賦予系統(tǒng)一個溫度，各個粒子的初始速度先按麥克斯韋分布取樣，如圖1.4所示[46]。在平衡狀態(tài)下，分布在任一速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)與總分子數(shù)的比率如公式（1.6）所示。()=4(2)3/2exp(22)2(1.6)

【參考文獻】：
期刊論文
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[10]導熱橡膠復合材料研究進展[J]. 王子君,周文英,睢雪珍,董麗娜,張溟濤.  橡膠工業(yè). 2015(08)

碩士論文
[1]橡膠材料拉伸性能的分子動力學模擬研究[D]. 李康.青島科技大學 2018
[2]填料對天然橡膠高溫疲勞性能的影響[D]. 崔寶平.青島科技大學 2016



本文編號：3612219