[发明专利]一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法

权利要求书

1.一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、根据复合材料的材料成分，建立复合材料中各界面的多粒子模型；

S2、选取能够描述体系中原子间相互作用的势函数，用分子动力学方法对多粒子模型进行系统弛豫及热力学、动力学分析；

S3、通过分子动力学方法计算获得复合材料中各界面的力学、热学相关性质；

S4、对复合材料进行模型假设和几何设定，建立代表性体积单元模型，模型界面属性由分子动力学结果提供；

S5、对代表性体积单元进行有限元分析。

2.根据权利要求1所述的一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法，其特征在于，步骤S1包括以下具体步骤：

S101、根据各物相原子、分子结构及尺寸和含量，分别建立多粒子模型；

S102、将组成界面的多粒子模型组合，以范德华力描述界面原子相互作用力，组合时模型间距不得小于原子之间共价键作用的距离范围。

3.根据权利要求1所述的一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法，其特征在于，步骤S2中所述系统弛豫的参数包括退火、能量最小化、等温等压系综控温条件和邻域列表。

4.根据权利要求1所述的一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法，其特征在于，步骤S3中计算时，将体系划分为n层，将界面层至少单独划分一层，计算界面处对应的热力学量和其他性质。

5.根据权利要求1所述的一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法，其特征在于，步骤S3中，所述的界面力学性质包括拉伸强度、剪切强度及对应的界面分离距离。

6.根据权利要求5所述的一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法，其特征在于，计算界面力学性质的具体方法为：对界面一侧分子施加恒定速度载荷，计算两侧分子的相互作用力，分离至相互作用力完全为0，做出相互作用力-分离距离曲线，以最大作用力作为使界面完全分离所需的力。

7.根据权利要求1所述的一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法，其特征在于，步骤S3中，所述的界面热学性质包括界面热导率。

8.根据权利要求7所述的一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法，其特征在于，计算界面热导率的具体方法为：将体系划分为n层，将中间层设置为热源，施加恒定热流P；将体系两端层设定为冷源，移除相同热量P，保持体系总能量不变，至传热到达稳定后，统计每一层温度，根据界面层温差计算界面热导率，热导率计算公式为：

其中，A为界面接触面积，dT/dz为传热方向温度梯度，k为热导率。

9.根据权利要求1所述的一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法，其特征在于，步骤S4中，所述的代表性体积单元模型中，多孔复合材料的孔隙、基体相、界面相以及包含物相和界面相，其中界面相的厚度假定为0，界面属性通过接触属性赋予。

10.根据权利要求9所述的一种多孔复合材料的多尺度建模与仿真方法，其特征在于，步骤S4包括以下具体步骤：：

S1001、在3D建模软件中设定基体相、包含物相、界面相和孔隙，将基体相设置为正方形结构，将包含物相和孔隙设置为圆形；

S1002、建立基体相模型，在基体相中孔隙的中心坐标处用布尔减法运算除去一个直径与孔隙大小相等的圆形，得到孔洞；同样，用布尔减法运算除去与包含物相大小相等的圆形，并在挖去的圆形区域插入包含物相；

S1003、按照下式设置周期性边界条件：

u_r-u_l＝u₁-u₀ (2)

u_t-u_b＝u₂-u₀ (3)

u₃-u₂＝u₁-u₀ (4)

其中，u_t、u_b、u_l、u_r分别为正方形上、下、左、右边界上点的位移，u₀、u₁、u₂、u₃分别为左下、右下、左上、右上四个顶点的位移；

S1004、建立包含物相与基体相之间的接触，将分子动力学计算得到的界面强度、界面热导率等属性赋予界面相。