橡膠是一種結(jié)構(gòu)和組成復(fù)雜的高分子復(fù)合材料,在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,尤其是輪胎、密封件和彈性材料。為了滿足這些應(yīng)用,橡膠需要滿足相應(yīng)的機(jī)械性能和熱學(xué)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(fù)合材料。由于橡膠體系的復(fù)雜性,在實(shí)驗(yàn)中很難觀察其微觀細(xì)節(jié),而計(jì)算機(jī)模擬可以從微觀角度深入了解物質(zhì)的細(xì)節(jié)變化。本文使用分子動(dòng)力學(xué)方法（Molecular Dynamics Simulations,MD）研究了聚異戊二烯橡膠（Polyisoprene rubber,IR）的力學(xué)強(qiáng)度、往復(fù)形變的生熱性能和導(dǎo)熱性能。首先通過(guò)MD方法研究了交聯(lián)密度、填料含量、填料粒徑、界面強(qiáng)度、溫度和應(yīng)變率對(duì)IR的力學(xué)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(qiáng)度的增加,IR的力學(xué)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(xué)性能有所下降;溫度升高,IR的生熱減少,力學(xué)性能也隨之降低;在高應(yīng)變率下,隨著應(yīng)變率的提高,IR的機(jī)械性能和生熱性能都有明顯的升高。然后通過(guò)能量分析方式研究了IR的生熱性能。首先對(duì)動(dòng)能和勢(shì)能分析發(fā)現(xiàn),填充后的IR中勢(shì)能變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)... 

【文章來(lái)源】：安徽大學(xué)安徽省211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

計(jì)算機(jī)模擬尺度[1]

安徽大學(xué)碩士學(xué)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(jiǎn)單的看作是改進(jìn)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(guò)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(jì)算N-1個(gè)粒子的位移時(shí)，要重新評(píng)價(jià)N（N-1）個(gè)粒子之間的相互作用，所以理論上計(jì)算體積的變化要比粒子位移花費(fèi)更多的時(shí)間，因此采用“標(biāo)度”分子間勢(shì)能來(lái)避免繁雜的計(jì)算。在等溫等壓系綜的計(jì)算過(guò)程中，首先要對(duì)能量進(jìn)行標(biāo)度，初始構(gòu)象需要標(biāo)定不同的系綜和參數(shù)。固體大多數(shù)使用面心格子標(biāo)定粒子的初始狀態(tài)和計(jì)算初始的勢(shì)能，勢(shì)能函數(shù)的標(biāo)度直接影響體積的變化，NPT系綜中分子鏈上的每一個(gè)構(gòu)象都是原子隨機(jī)移動(dòng)和體積變化這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。粒子移動(dòng)涉及坐標(biāo)的變化和處于下一位置的能量計(jì)算，并且決定整個(gè)體系能量的變化，這一計(jì)算不涉及體積的變化。涉及體積變化的是通過(guò)事先設(shè)定的變化范圍，隨機(jī)地重新變化模擬格子的長(zhǎng)度。如果勢(shì)能已經(jīng)標(biāo)度過(guò)了，系綜的能量可以通過(guò)新的標(biāo)度體積，否則只能通過(guò)當(dāng)前所有粒子成對(duì)作用勢(shì)來(lái)計(jì)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(lái)調(diào)節(jié)溫度和壓力。1)恒溫Nosé和Hoover在描述溫度是否達(dá)到恒定狀態(tài)時(shí)，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(lái)維持N、V、T值恒定。簡(jiǎn)而言之就是在所研究的體系周圍存在一個(gè)更大的熱源，因?yàn)闊嵩醋銐虼�，所以熱源與所研究的體系進(jìn)行熱量交換時(shí)不會(huì)影響熱源整體的溫度，當(dāng)熱源與體系達(dá)到動(dòng)態(tài)熱平衡后，二者的溫度相同，以此方法來(lái)達(dá)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(jìn)而來(lái)調(diào)節(jié)體系的壓力，原理如圖1.3所示[45]。當(dāng)所研究的體系壓力與外界壓力相同時(shí)，體系將維持在一定的體積，而當(dāng)活塞壓縮體系達(dá)到平衡后，體系的體積就是模擬所需壓力時(shí)的體積，以此方式來(lái)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(gè)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(gè)溫度，各個(gè)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]硅橡膠拉伸行為的應(yīng)變率相關(guān)性測(cè)試和表征[J]. 郭玲梅,汪洋,徐偉芳.  高壓物理學(xué)報(bào). 2019(05)
[2]橡膠拉伸行為的分子動(dòng)力學(xué)模擬[J]. 何燕,蔣英男,唐元政,陳浩,馬連湘,李康.  橡膠工業(yè). 2019(06)
[3]交聯(lián)聚合物本征導(dǎo)熱性能研究進(jìn)展[J]. 龔瑩,周文英,徐麗,寇雨佳,蔡會(huì)武,趙偉,閆智偉.  中國(guó)塑料. 2018(05)
[4]導(dǎo)熱橡膠研究進(jìn)展[J]. 董夢(mèng)杰,張繼川,劉力,范聰,袁重陽(yáng),王曉燕,侯冠一,溫世鵬,王博倫.  高分子通報(bào). 2018(04)
[5]橡膠材料生熱及其對(duì)力學(xué)性能的影響[J]. 初紅艷,許康健,黃為,蔡力鋼.  北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(11)
[6]導(dǎo)熱橡膠技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 馮濤,張新軍.  橡膠工業(yè). 2017(09)
[7]本征導(dǎo)熱熱塑性聚合物研究進(jìn)展[J]. 龔瑩,周文英,徐麗,彭建東,趙偉,閆智偉.  中國(guó)塑料. 2017(04)
[8]炭黑N660用量對(duì)溴化丁基橡膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響[J]. 曲明,傅國(guó)娟,史新妍.  合成橡膠工業(yè). 2017(01)
[9]不同粒徑炭黑填充子午線輪胎胎圈膠的性能研究[J]. 孫彬,張振秀.  世界橡膠工業(yè). 2016(07)
[10]導(dǎo)熱橡膠復(fù)合材料研究進(jìn)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(dòng)力學(xué)模擬研究[D]. 李康.青島科技大學(xué) 2018
[2]填料對(duì)天然橡膠高溫疲勞性能的影響[D]. 崔寶平.青島科技大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3612219