[发明专利]热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法

权利要求书

1.一种热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法，所述复合材料为纤维增强热塑性树脂基复合材料，基于构件层间的界面强度主要受界面两侧树脂之间的渗透及粘结行为控制，所述模拟方法建模时忽略纤维的影响，其特征在于，包括以下步骤：

(1)构建树脂层模型；

(2)将两个所述树脂层模型合围至长方体形的第一模拟框内，构建具有树脂层对树脂层结构的层间界面模型；

(3)对所述层间界面模型进行能量优化，直至所述层间界面模型具有稳定的分子构型；

(4)在完成能量优化后的所述层间界面模型的非压缩方向添加周期性边界条件，并按照预先确定的多个粘结成型工艺，模拟层间界面的粘结过程直至层间界面达到稳定状态，得到多个模拟结果，所述粘结成型工艺包括成型温度和成型压力，多个所述粘结成型工艺对应不同的成型温度和/或不同的成型压力，每个所述模拟结果对应一个所述粘结成型工艺；

(5)根据多个所述模拟结果确定影响层间界面性能的影响因素。

2.根据权利要求1所述的热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：

基于树脂的化学结构式确定所述树脂的单体分子式，并构建所述单体分子式对应的单体分子结构模型；

基于所述单体分子结构模型构建聚合度为M的聚合物单链，其中，所述M为整数，且10≤M≤30；

基于第二模拟框和N条聚合物单链构建得到树脂层模型，其中，所述N为整数，且5≤N≤20。

3.根据权利要求1或2所述的热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法，其特征在于，所述步骤(3)的能量优化过程包括：

通过多轮迭代对所述层间界面模型的潜能进行最小化处理得到第一模型，每轮迭代包括依次进行的最速下降法、共轭梯度法、牛顿-拉森法；

将所述第一模型在等体积等温系综NVT下弛豫0.5～5×10⁶fs得到第二模型，其中，粒子数为6840～41040，体积与所述第一模拟框的原始尺寸对应的体积相同，温度设置为25℃；

将所述第二模型在等压等温系综NPT下弛豫0.5～5×10⁶fs达到平衡状态，使所述层间界面模型具有稳定的分子构型，其中，粒子数为6840～41040，压力设置为2MPa，温度设置为25℃。

4.根据权利要求3所述的热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法，其特征在于，所述多轮迭代的迭代次数为5000～20000次。

5.根据权利要求1所述的热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法，其特征在于，每个所述模拟结果包括粘结形貌、扩散系数和界面结合能。

6.根据权利要求5所述的热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法，其特征在于，所述影响因素包括成型压力和成型温度。

7.根据权利要求6所述的热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法，其特征在于，所述步骤(5)还包括，根据多个所述模拟结果确定所述成型压力和所述成型温度分别对层间界面性能影响的规律和敏感度。

8.根据权利要求7所述的热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法，其特征在于，所述层间界面性能对成型温度的变化的敏感度大于所述层间界面性能对成型压力的变化的敏感度。

9.根据权利要求5至8任一项所述的热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法，其特征在于，所述粘接成型工艺还包括成型时间，多个所述粘结成型工艺对应的成型时间相同，所述成型时间为500ps。

10.根据权利要求9所述的热塑性复合材料构件层间界面性能分子动力学模拟方法，其特征在于，多个所述粘结成型工艺包括5个粘结成型工艺，5个所述粘结成型工艺对应的成型压力和成型温度分别为：1MPa/400℃、2MPa/400℃、3MPa/400℃、2MPa/360℃、2MPa/440℃，且在所述成型压力为2MPa且成型温度为400℃时，具有最大的扩散系数和最大的界面结合能。